Система GLIM™ Phi Optics, Inc. - Ин Виво Технология

Пн-Пт: 10:00 - 18:00

logo

Система GLIM™ Phi Optics, Inc.

Система GLIM™ Phi Optics, Inc.

Модуль GLIM™

Модуль с технологией GLIM™ поставляется отдельно от микроскопа и подключается в порт для камеры микроскопа.

Градиентно-световая интерференционная микроскопия
Gradient Light Interference Microscopy (GLIM™)

             Разработанные за последнее время микроэлектромеханические системы для изучения различных характеристик отдельных клеток дали возможность ответить на многие важные вопросы клеточной биологии. Тем не менее, комплексной и простой в использовании методики неинвазивного специального сканирования (по типу МРТ) отдельных клеток различных размеров не существовало. Новая технология, называющаяся интерференционная градиентная световая микроскопия Gradient Light Interference Microscopy (GLIM™) позволяет получить детальное объемное изображение с высоким разрешением оптически толстых образцов (тканей, сфероидов/органоидов, эмбрионов, моделей животных). Технология GLIM™ является методом количественно-фазовой визуализация (QPI), который позволяет получить высококонтрастное изображение в многослойных образцах с толщиной более 100 микрон с высокой оптической плотностью. Метод используется при исследованиях:

  • 3D морфология бычьих эмбрионов
  • проведение анализов на модельных системах (3D сфероид/органоид) с субклеточным разрешением
  • процессы, протекающие в клетках: рост, пролиферация
  • цитотоксичность, жизнеспособность, иммуноклеточное взаимодействие, старение, апоптоз
  • морфология мозговой ткани (острая или фиксированная)
  • 3D структуры и микроскопические модели животных: нематод, эмбрионы рыб, насекомых, млекопитающих
  • группы растительных клеток с единой функцией, строением и происхождением

3D-Оптическая визуализация в режиме реального времени клеток при помощи технологии SLIM™, GLIM™  (видео презентация).

3D-Оптическая визуализация в режиме реального времени  сфероидов, образованных клетками лимфомы, при помощи технологии GLIM™  (видео презентация).

Преимущества технологии GLIM™:

  • Изображение 3D-структуры образца
  • 3D реконструкция и моделирование организмов с субклеточным разрешением
  • Наложение сигнала флуоресценции на изображение
  • Выполнение 3D томографии по всему полю зрения

3D-Оптическая визуализация в режиме реального времени  Данио-рерио при помощи технологии GLIM™  (видео презентация).

             Компания Phi Optics, Inc. разработала метод градиентно-световой интерференционной микроскопии Gradient Light Interference Microscopy (GLIM™) являющейся сочетанием фазово-контрастной микроскопии и голографии, что позволяет получать данные отдельных клеток и проводить 3D-реконструкцию объекта с микронной точностью.

Основные принципы технологии GLIM™

Метод GLIM —  Gradient Light Interference Microscopy (интерференционная микроскопия на базе пространственного модулятора света). Основная идея заключается в комбинации метода фазового контраста Цернике и голографии Габора.

Оптическая схема установки GLIM™ (a); интерферограммы, полученные с разными фазовыми шагами (b); восстановленное количественное фазовое изображение нейрона (с).

 GLIM™ используется для получения трехмерных томографических изображений живых, оптически толстых биологических образцов с высоким контрастом (a). Модуль GLIM™ получает четыре снимка, по одному для каждого фазового сдвига, применяемого SLM (пространственный жидкокристаллический модулятор света) (b). Из четырех кадров происходит построение количественных карт фазового градиента (с). Количественное фазовое изображение получается путем интеграции по направлению фазового сдвига (d). Также показаны поперечные сечения восстановленной фазы и достоверно-рассчитанной фазы (черная пунктирная кривая) (е).

Конденсор и объектив снабжены двоякопреломляющими пластинками, из которых первая расщепляет исходный световой луч на два луча, а вторая воссоединяет их. Один из лучей, проходя через объект, запаздывает по фазе (приобретает разность хода по сравнению со вторым лучом). Величина этого запаздывания измеряется компенсатором. Можно сказать, что метод интерференционного контраста сходен с методом фазового контраста — они оба основаны на интерференции лучей, прошедших через микрочастицу и миновавших её, как и фазово-контрастная микроскопия, этот метод дает возможность наблюдать прозрачные и бесцветные объекты, но их изображения могут быть и разноцветными (интерференционные цвета). Оба метода пригодны для изучения живых тканей и клеток и применяются во многих случаях именно с этой целью. Главное отличие интерференционной микроскопии от метода фазового контраста – это возможность, используя компенсаторы, с высокой точностью (до 1/300) измерять разности хода, вносимые микрообъектами. Модуль GLIM™, уменьшает многократное рассеяния света и обеспечивает точное оптическое сегментирование для проведения количественной визуализации оптически толстых образцов без использования красителей.

Освещение образца по типу ДИК микроскопии использует два одинаковых по мощности кросс-поляризованных пучка, смещенных в поперечном направлении поляризационной конденсаторной призмой Волластона на расстояние, меньшее дифракционного пятна. После прохождения через образец и вторую призму Волластона результирующие пучки попадают в модуль GLIM™, минуя анализатор.

             Модуль GLIM™, как и SLIM™, представляет собой 4f оптическую систему, образованную двумя фурье-объективами (Fourier lens L1 и L2). Активная ось SLM выровнена вдоль опорного направления поляризации луча и задерживает его фазу кратно π/2 радиантам, в то время как другое поле остается не модифицированным. Точно контролируя фазовый сдвиг между двумя лучами, можно получить четыре изображения интенсивностей с одинаковым некогерентным фоном, но различными когерентными вкладами на плоскость камеры. Вычитание двух пар изображений (синусоидального и косинусоидального) друг от друга сохраняет когерентный компонент, сохраняя при этом многократное рассеяние. Модуль GLIM™ (интерференционной приставки) к фазово-контрастному микроскопу Цернике. имеет сходство с SLIM™, пространственный жидкокристаллический модулятор света в данном случае работает в проходящем излучении и по иному принципу, который заключается во вращении жидких кристаллов. (ссылка на описание SLIM™).

             Наиболее важным аспектом технологии GLIM™ является то, что каждый луч раздваивается, входя в микроскоп. Один из полученных лучей направляется сквозь наблюдаемую частицу, другой — мимо неё по той же или дополнительной оптической ветви микроскопа. В окулярной части микроскопа оба луча вновь соединяются и интерферируют между собой. Два световых пучка всегда одинаковы по мощности, но при этом имеют одинаковую степень ослабления (обладают одинаковым фоновым шумом) из-за многократного рассеяния в образце, так что они мешают высокой контрастности объекта, независимо от толщины образца.

             Модульные устройство позволяют легко накладывать и ко-регистрировать пиксели с помощью флуоресцентных каналов микроскопа, что дает возможность проводить контрольные и ко-локализационные эксперименты на основе флуоресцентных меток. Таким образом, каналы SLIM™ и GLIM™ дополняют существующие флуоресцентные возможности микроскопа, предлагая неограниченное количество комбинаций трехмерного сканирования и получения изображений по времени.

Основные характеристики интерференционных модулей

Параметры Преимущества
Проведение съемки образца методом QPI в режиме реального времени с получением количественных результатов Получение и проведение анализа данных по мере поступления, не инвазивный метод измерения толщины и сухой массы без специальной подготовки больших образцов.
Отсутствие в необходимости использовать меченые компоненты, минимальная воздействие на объект при низком уровне освещения Неразрушающий метод анализа, отлично подходит для долгосрочных исследований живых клеток, тканей
Программируемая функция 2D и 3D сканирования при большом радиусе обзора Возможность изучения большой поверхности образца с одновременным захватом массы объектов, большой объем и площадь поверхности, возможность отслеживания эволюции клеток и тканей с течением времени
Возможность наложения сигналов от разных канальных изображений в микроскопе Все изображения снимаются одной камерой, что позволяет  одновременно использовать наложение флуоресценции и получения изображений по другим каналам
Возможность исследований крупных образцов Позволяет изучать образцы толщиной от 50 мкм – 350 мкм и более.
Многомерная визуализация данных на высокой скорости

 

Получение 4D изображений со скоростью до 12 кадров в секунду с использованием многоканального сигнала по времени и последовательной съемки различных плоскостей объекта с формированием «z-стек» с использованием кроссплатформенного открытого редактора тайловых карт.

             Новый метод трехмерного сканирования образца по технологии GLIM™ может решить самую актуальную проблему микроскопической диагностики в экстракорпоральном оплодотворении – отобрать наиболее жизнеспособные эмбрионы, повышая шансы на успешную беременность пациенток с бесплодием. В ходе осмотра врач сможет получить трехмерную модель плода всего за несколько минут.

             Популярные способы диагностики плода основаны на применении химических маркеров, которые могут обнаружить любые генетические мутации и заболевания. Однако эти маркеры токсичны для живых тканей.

             Главным отличием нового метода диагностики является его неинвазивность — отсутствие необходимости делать прокол через кожный покров и вводить токсичные для организма маркеры.

Краткая видео презентация по технологии GLIM™ Phi Optics, Inc. (США)

  • Фармакология
  • Токсикология
  • Онкология
  • Неврология
  • Клеточная терапия
  • Оптическая 3D томография
  • Исследования клеточной динамики  и роста клеток
  • Оптическая визуализации структуры биологических тканей
  • Анализ распределения частиц

Описание моделей системы с технологией GLIM™

             Технология GLIM™ реализована в отдельном интерференционном модуле, который подключается через порт камеры к фазово-контрастному микроскопу Цернике.  Пространственный жидко-кристаллический модулятор света работает в проходящем излучении и по иному принципу, который заключается во вращении жидких кристаллов. Программное обеспечение Cell Vista™ Phi Optics, Inc. управляет моторизацией микроскопа (перемещением столика, передвижением по оси Z, флуоресцентной объективной башней, затворами). Программа CellVista™ может получать программируемые 4D (3D серии снимков по времени) многоканальные изображения образцов, включая GLIM™, флуоресценцию, дифференциальный интерференционный контраст, яркое поле. Все оптические данные регистрируются камерой микроскопа, что позволяет проводить наложение различных световых режимов на изображения без создания искажений. На данный момент доступны 3 модели с технологией: GLIM Basic™, GLIM Pro™, GLIM Ultimate™.

             Модель GLIM Basic™ используется при работе на микроскопе с ручным позиционированием столика. Система подходит для проведение интервальной съемки выбранного участка объективом с постоянным фокусом.

             Модель GLIM Pro™ используется при работе на микроскопе с автоматическим позиционированием столика. Это позволяет получить полностью автоматизированный многоканальный сбор данных с высокой пропускной способностью. Модель подходит для задач, где необходимо получение 2D и 3D-данных объекта, проведения экспериментов со сбором данных из нескольких оптических каналов, при проведении быстрых, динамических измерений. На полной скорости GLIM Pro™ генерирует более 1 ТБ данных в час. Для эффективного управления таким большим объемом данных, полученных за длительный период времени (недели/месяцы), рекомендуется использовать GLIM Ultimate™. Описание трех моделей системы с технологией GLIM™ представлено в таблице.

Параметры системы

GLIM BASIC™

GLIM PRO

GLIM ULTIMATE™

Проведение визуализации в режиме реального времени

Программируемое 2D сканирование

X

Программируемое 3D сканирование

X

Программируемое наложение флуоресценции

X

Создание большого массива данных на жестком диске

X

X

Скорость анализа данных, полученных по технологии GLIM: До 5 кадров в секунду;1928×1448 пикселей До 15 кадров в секунду;2048×2048 пикселей До 15 кадров в секунду;2048×2048  пикселей


Модуль визуализации интерференционной пространственной световой микроскопии (GLIM Pro™), подключенный к инвертированному микроскопу – Ti2 Eclipse (Nikon).

Модуль визуализации интерференционной пространственной световой микроскопии (GLIM Basic™), подключенный к инвертированному микроскопу – DMi8 ( Leica).

Программное обеспечение Cell Vista™ для получения и анализа изображений

             Приборы компании Phi Optics Inc., США используют программное обеспечение Cell Vista™ и плагины ImageJ для проведения оптической визуализации in-vitro. Cell Vista™ работает под управлением операционной системы Windows, позволяет решать сложные задачи и проста в использовании. Программное обеспечение Cell Vista™, Phi Optics, Inc.  управляет моторизацией микроскопа (перемещением столика, передвижением по оси Z, флуоресцентной объективной башней, затворами). Программа CellVista™ может получать 3D серии снимков по времени, многоканальные изображения образцов (ДИК, флуоресценцию, фазовый контраст, яркое поле), изображения количественно-фазовой визуализации (SLIM™, GLIM™) и передачу изображений в режиме реального времени. Все оптические сигналы регистрируются камерой микроскопа, что позволяет проводить наложение различных световых режимов на изображения без создания искажений. В результате обработки данных получаются файлы в формате TIFF для определённого места с 4D координатами (по осям x-y-z и времени). В QPI-изображениях интенсивность пикселей пропорциональна изменению длины оптического пути, измеряемого в радианах. В обычных одноканальных изображениях  (флуоресценция и др.), интенсивность пикселей определяется равной измерению сигнала, исходящему от образца. Файлы c данными в формате TIFF могут быть 32 битными для QPI-изображений и 16 битными для обычных каналов, файлы можно использовать для машинного обучения или для проектов с использованием большого количества данных.

             Набор библиотек и утилит для разработки (SDK) может быть использован для интеграции модулей QPI с программным обеспечением Cell Vista™ в другие системы получения изображений. Комплект SDK работает с программами: MD MetaMorph™, Open Imaging Micro-Manager™ и NI LabView™.

Русский한국어English