ONI Nanoimager

http://www.labnatek.pl/wp-content/uploads/2018/02/coverimg_1_no-text-002-1-1200x600.jpg

Oxford Nanoimaging to start-up, który powstał w 2016 r. na Uniwersytecie Oksfordzkim. Misją firmy jest udostępnianie najbardziej zaawansowanych technik mikroskopii fluorescencyjnej naukowcom, dla których prowadzenie takich eksperymentów było dotąd niemożliwe.  To pozwoli na wykorzystanie pełnego potencjału wysokorozdzielczej mikroskopii lokalizacyjnej zarówno w podstawowych badaniach biologicznych, jak i diagnostyce chorób, na poziomie pojedynczych cząsteczek. Nanoimager został skonstruowany w grupie prof. Achillefsa Kapanidisa przez wiodących na świecie ekspertów w dziedzinie mikroskopii wysokorozdzielczej. Ich wiedza i doświadczenie pozwoliły na stworzenie i dopracowanie prostego i wszechstronnego mikroskopu fluorescencyjnego, który pozwala na obrazowanie z rozdzielczością sięgającą 20 nm.

Jak działa wysokorozdzielcza mikroskopia lokalizacyjna?

W konwencjonalnej mikroskopii fluorescencyjnej cząsteczki fluoroforów znajdują się zbyt blisko siebie by można było określić ich położenie z precyzją mniejszą niż 200 nm. Podstawą działania wysokorozdzielczej mikroskopii fluorescencyjnej jest zastosowanie fluoroforów, które mogą wielokrotnie przechodzić ze stanu nieaktywnego, tzw. ciemnego, do stanu aktywnego, jasnego, w którym emitują fotony. Podczas obrazowania, jedynie część fluoroforów jest wprowadzana w stan aktywny tak, że położenie ich centroidów może zostać określone z precyzją sięgającą 20 nm. Następnie są one wygaszane i kolejna frakcja fluoroforów zostaje aktywowana. Proces ten powtarza się kilka tysięcy razy, aż do momentu, w którym zidentyfikowane pozycje pojedynczych cząstek pozwolą na puentylistyczną rekonstrukcję obrazu analizowanej struktury (w STORM) lub szczegółowy opis dynamiki analizowanych molekuł (w technice PALM).

http://www.nanotools.com.pl/wp-content/uploads/2018/01/Super-res-method-with-Actin_Letters_LowRes-500x500.png

Nanoimager pozwala na badanie wnętrza komórek z 20 nm precyzją lokalizacji. To, w połączeniu z wysoką specyficznością znakowania immunofluorescencyjnego, umożliwia szczegółowe obrazowanie i kwantyfikację uzyskanych informacji. Jednym z najczęstszych zastosowań wysokorozdzielczej mikroskopii lokalizacyjnej jest technika dSTORM, wykorzystywana do badania architektury różnorodnych struktur komórkowych, badania kolokalizacji cząstek, stechiometrii kompleksów, które tworzą położenia pęcherzyków transportujących, wirusów i wielu innych. Na zdjęciu przedstawiono wysokorozdzielczą rekonstrukcję obrazów mikroskopowych komórek MDBK, w których jednocześnie wyznakowano mikrotubule oraz aktynę.

Śledzenie pojedynczych cząstek (ang. single particle tracking), w tym PALM, pozwala na śledzenie pojedynczych fluoroforów, zrozumienie ich dynamiki, trajektorii ruchu oraz oddziaływań pojedynczych cząstek zarówno w roztworze, jak i w żywych komórkach. Doskonałym przykładem może być śledzenie znakowanych fluorescencyjnie cząsteczek polimerazy RNA w komórkach Escherichia coli, które możecie zobaczyć na filmie klikając w ten link. Położenie pojedynczych cząsteczek zostało poddane mapowaniu z wykorzystaniem oprogramowania NimOS, co pozwoliło na określenie ich współczynników dyfuzji i wyznaczenie czasu reakcji.

Jako pierwszy komercyjnie dostępny mikroskop, Nanoimager pozwala na badania z wykorzystaniem techniki smFRET (ang. single-molecule Fluorescence Resonance Energy Transfer). FRET to zjawisko przenoszenia energii między dwoma fluoroforami (‘donor’ i ‘akceptor’) o różnych widmach absorpcji i emisji, na drodze innej niż promieniowanie. Jeśli cząsteczki ‘donora’ i ‘akceptora’ znajdują się w odległości nie większej niż 10 nm, po wzbudzeniu ‘donora’ wiązką o długości fali odpowiadającej maksimum jego absorpcji, obserwuje się emisję fluorescencji o długości odpowiadającej maksimum emisji ‘akceptora’. smFRET pozwala na pomiary odległości w obrębie pojedynczej lub pomiędzy odrębnymi cząsteczkami DNA, RNA i białek, w czasie rzeczywistym. Oprogramowanie NimOS umożliwia kwantyfikację i charakteryzacje m.in. dynamiki przemian strukturalnych w obrębie pojedynczych cząsteczek, specyficznych oddziaływań i tworzenia kompleksów czy też pomiary kinetyki i czasów reakcji.

http://www.labnatek.pl/wp-content/uploads/2018/02/A2-800x300.png

Poznaj Nanoimagera

Nanoimager pozwala na obrazowanie próbek wybarwionych nawet czterema rożnymi fluoroforami, a wybrane dwa kanały emisji można obserwować jednocześnie. To, w połączeniu z możliwością obrazowania w trybie trójwymiarowym z zastosowaniem astygmatycznej soczewki, pozwala na uzyskanie maksymalnej precyzji w badaniach nad kolokalizacją i dynamiką dwóch różnych rodzajów cząstek. Temperatura całej objętości mikroskopu podlega regulacji i może sięgać 37°C, co pozwala na długotrwałe pomiary mikroskopii przyżyciowej i zapobiega występowaniu lokalnych gradientów temperaturowych.

W zależności od rodzaju próbki, użytkownik może wybrać jeden z trzech typów iluminacji: Epi, TIRF i HILO. Epifluorescencja to najbardziej popularny typ obrazowania, w którym wiązka lasera przechodzi przez całą grubość iluminowanego obszaru, wykorzystywany najczęściej w mikroskopii próbek grubszych niż 10 µm. W tym typie obrazowania sygnał fluorescencyjny, pochodzący spoza płaszczyzny ostrości, jest najwyższy. W TIRF (ang. Total Internal Reflection Fluorescence) jedynie 200 nm próbki przy powierzchni szkiełka podlega iluminacji, co pozwala na wyeliminowanie fluorescencyjnego sygnału spoza płaszczyzny ostrości. W przypadku iluminacji HILO (ang. Highly Inclined and Laminated Optical sheet) wiązka laserowa przenika próbkę pod kątem ostrym, znacznie redukując fluorescencyjny sygnał tła. Ten typ obrazowania stosuje się najczęściej w przypadku próbek o grubości do 10 µm.

Niezwykle przydatną funkcją Nanoimagera jest tzw. z ang. Overview scan, który zastępuje tradycyjnie stosowany okular. Funkcja ta umożliwia szybkie mapowanie preparatu, identyfikację interesujących regionów, a także poruszanie się pomiędzy nimi z możliwością powrotu do poprzednich pozycji. Niewielkie wymiary Nanoimagera pozwalają na redukcję aberracji i skrócenie ścieżki optycznej, a także na pracę przy ograniczonej przestrzeni. Specjalistyczne materiały wykorzystane do konstrukcji Nanoimagera zapewniają tłumienie wibracji i minimalny dryf próbki. Dodatkowo, jako produkt 1. klasy w zakresie bezpieczeństwa laserowego, Nanoimager może być używany w dowolnym pomieszczeniu i laboratorium.

http://www.labnatek.pl/wp-content/uploads/2018/02/content_2-800x200.jpg

Tech Spec

Imaging and Analysis

Imaging modalities

Single-molecule imaging based 3D localization microscopy

Förster resonance energy transfer (FRET) spectroscopy

Single-molecule tracking

Achievable resolution

Lateral: exceeding 20 nm

Axial: exceeding 50 nm

Simultaneous imaging channels

2 (< 10 nm channel mapping accuracy)

Total number of imaging colors

Up to 4 lasers

Field of view

50 μm x 80 μm per channel

Software features

Real-time 3D localization analysis and rendering (sCMOS optimized)

Real-time FRET trace analysis

Clustering and co-localization analysis

Residual drift correction

Scripting interface and OMERO compatibility

Acquisition speed

100 fps full frame

5 kHz with frame height cropped to 2%

3D imaging technique

Astigmatism

Time for super-resolution full frame

Seconds to minutes (number of localizations and laser power dependent)

Operational

Focus system

One-shot autofocus

Continuous autofocus

Mechanical stability

<1 μm/K drift

<1 nm vibration amplitude (1 Hz to 500 Hz)

Illumination modes

Closed-loop, continuous illumination angle adjustment between epi-illumination and total internal reflection

Closed-loop adjustments of laser power density at sample plane

Temperature control

Resistive heating, whole instrument (for live cell imaging)

Environmental conditions

Sensor array (temperature, humidity, acceleration)

Hardware

Dimensions W x D x H

Microscope: 21 cm x 21 cm x 15 cm

Light engine: 21 cm x 42 cm x 45 cm

Camera

Latest generation sCMOS

82 % peak QE

1.6 electrons rms read noise at standard scan

Objective

Oil immersion, NA = 1.4 to NA = 1.49

Laser options

Violet: 405 nm (150 mW)

Blue: 473 nm (300 or 1000 mW), 488 nm (200 mW)

Green: 532 nm (300 or 1000 mW), 561 nm (200 or 300 mW)

Red: 640 nm (300 or 1000 mW)

Near infrared: 730 nm (300 or 1000 mW)

Laser types

DPSS and diode

Other light sources

LED for bright-field imaging

NIR auto-focus laser

Sample stage

20/20/10 mm XYZ travel range, closed-loop piezo stage with 1 nm encoder resolution

PC requirements

PC or laptop included (32GB RAM, nVidia GeForce GTX 1080/m)

Nanoimager software included, along with all future updates