Система SLIM™ Phi Optics, Inc.

             Компания Phi Optics, Inc. разработала новый метод интерференционной микроскопия на базе пространственного модулятора света (spatial light interference microscopy, SLIM™) являющейся сочетанием метода фазового контраста Цернике и голографии Габора , что позволяет измерять массы отдельных клеток с фемтограммовой точностью.  Новый метод для покадрового фиксирования рассеяния света в микромассивах тканей — наиболее точный метод определения структуры в оптически тонких образцах живых объектов. Результаты анализа представлены на рисунках.

             Разработанный американскими исследователями новый метод интерференционной пространственной световой микроскопии представляет собой покадровое фиксирование рассеяния света в микромассивах тканей. Количественное фазовое изображение получают посредством оценки анизотропии с помощью SLIM™-технологии, во время прохождения и рассеяния света через объект. Технология SLIM™ эффективна для 4D визуализации невидимых с помощью обычной техники объектов благодаря наночувствительности, с помощью которой можно наблюдать эти структурные детали без необходимости маркировки, которая искажает результаты.

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

             На рисунке представлена оптическая схема установки SLIM™ (a); интерферограммы, полученные с разными фазовыми шагами (b); восстановленное количественное фазовое изображение нейрона (с).

             На выход микроскопа устанавливается оптический модуль (рис. а), который представляет собой 4f оптическую систему, образованную двумя фурье-объективами (Fourier lens L1 и L2). Её передняя фокальная плоскость совмещена с выходной плоскостью (Image plane) микроскопа, а в задней плоскости помещается регистратор — ПЗС-матрица (CCD). Внутри 4f оптической системы в фурье-плоскости располагается пространственный жидкокристаллический модулятор света, который работает на отражение. Модулятор управляется от компьютера и сдвигает фазу нерассеянного излучения, сфокусированного вблизи оптической оси, т.е. он работает как переменный фазовый фильтр Цернике. Сам фильтр имеет форму кольца, поскольку в конденсоре микроскопа используется кольцевая диафрагма, а пучок, отраженный от фильтра, является опорным. Свет, который претерпел дифракцию на объекте, выходит за пределы кольцевого фильтра и отражается от остальной части модулятора, образуя, тем самым, объектный пучок. На выходе 4f оптической системы оба пучка сводятся под нулевым углом и в плоскости ПЗС-матрицы регистрируется интерферограмма, так как один из пучков света сформирован из излучения, рассеянного на объекте, то такую интерферограмму можно рассматривать как голограмму Габора, а поскольку пучки сводятся под нулевым углом, для восстановления фазового изображения (рис. c) применяется метод фазовых шагов. В данном случае используется четыре интерферограммы со сдвигом фазы на π/2 (рис. b).

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

             Технология SLIM™ реализована в отдельном модуле, который подключается через порт камеры к фазово-контрастному микроскопу. Программное обеспечение Cell Vista™, Phi Optics, Inc.  управляет моторизацией микроскопа (перемещением столика, передвижением по оси Z, флуоресцентной объективной башней, затворами). Программа Cell Vista™ может получать программируемые 4D (3D серии снимков по времени) многоканальные изображения образцов, включая SLIM, флуоресценцию, фазовый контраст, яркое поле. Все оптические данные регистрируются камерой микроскопа, что позволяет проводить наложение различных световых режимов на изображения без создания искажений. Общая схема соединения интерференционного модуля с микроскопом представлена на рисунке.

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

             Модель SLIM 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 SLIM Pro™ генерирует более 1 ТБ данных в час. Для эффективного управления таким большим объемом данных, полученных за длительный период времени (недели/месяцы), рекомендуется использовать SLIM Ultimate™.

             Модель SLIM Ultimate™ сочетает в себе характеристики SLIM Pro™ с огромным сервером хранения данных объемом 100 ТБ.

             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™.

Программное обеспечения Cell Vista™  (Phi Optics, Inc. , США).