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创新先锋 | 蔡司 Apotome 3 - 高品质结构光学照明从未如此简单易用

分类:新闻中心 发布时间:2022-01-21 477次浏览

“刚刚拍摄的神经元细胞图像很难描述……”“哦?你用的是什么显微镜?”“普通广域,...

“刚刚拍摄的神经元细胞图像很难描述……”


“哦?你用的是什么显微镜?”


 “普通广域,愚蠢,又会被老大嫌弃……”


听完老朋友小赛的抱怨,黑龙江蔡司先生默默拿出了一个组件:

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这是蔡司的新产品——Apotome 3(点击查看),蔡司的光学切片组件,采用结构化照明,可以简单有效地消除宽场显微镜系统中的非焦平面杂散光,以更经济的硬件扩展模式,实现接近共聚焦显微镜的高质量光学切片成像。


光学切片组件 Apotome 3 的应用


皮层神经元:DNA 和微管染色的 3D 渲染

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▲左图为广角显微镜,右图为蔡司Apotome。分辨率的提高显着优化了图像质量。图片由 Fritz-Lipmann-Institut e.V. 的 L. Behrendt 提供(FLI),莱布尼茨老龄研究所,德国


蔡司 Apotome 3 自动识别物镜放大倍率并将适当的网格移动到光路中,并根据不同网格的位置获取多个图像,包括光学切片图像。这种方法在消除焦平面外的杂散光方面非常有效,与传统宽场荧光显微镜产生的图像相比,蔡司 Apotome 3 可以显着提高轴向分辨率:即使在具有一定厚度的果蝇、小鼠胚胎等中样品,也可以获得支持3D渲染的高质量光学切片。


果蝇胚胎的光学切片

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▲ 绿色:HRP,红色:glia,Z 轴序列图像。100μm图片由德国明斯特大学神经生物学研究所的C. Klämbt 提供


▲ 绿色:GFP,红色:Cy3,物镜:Plan Apochromat 40×/1.3油镜。图片由德国哥廷根大学解剖学中心的N. Büttner 和T. Vogel 提供


凭借蔡司Apotome 3光学切片技术特有的去卷积算法,图像质量可得到进一步改善。在保留所有原始数据的同时,该系统还允许在宽场、光学切片以及反卷积的图像之间切换,实现出色的灵活性和兼容性。反卷积算法快速、稳健且易于使用,能够提高图像的分辨率。通过改善对比度、提高光学分辨率和抑制背景噪音,蔡司Apotome 3可以更好地解析样品深层次中更细微的结构。


▲ 受精4天后的转基因斑马鱼幼体,胶质纤维酸性蛋白、乙酰化微管蛋白、绿色荧光蛋白和DNA的荧光信号。包埋于1.2%低熔点琼脂糖中。图片由莱布尼茨老龄化问题研究所的Fritz-Lipmann-Institut e.V.(FLI)的 H. Reuter 提供


蔡司Apotome 3不仅为动物研究做出贡献,在植物研究领域同样有不俗的表现:


感染共生菌的百脉根的光学切片

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▲ 感染了共生菌的百脉根,观察自发荧光和mCherry标记的共生菌。图片由德国弗莱堡大学的 F.A.Ditengou 提供


光学切片组件Apotome 3的原理


出色的成像效果,离不开背后高科技的加持。传统宽场显微镜在成像时,相机会检测到焦平面以外区域的发射光,因而使得对比度和分辨率降低


蔡司Apotome 3则将栅格结构投影到样品的焦平面中,栅格与焦平面信号形成强烈的干涉条纹,而非焦平面处则条纹不明显,其杂散光信号被抑制,然后使用扫描方式将栅格移动到不同位置,进而扫描整个视野。


因此蔡司Apotome 3在每一栅格位置都能够自动获取一张数字图像,系统使用特有算法将所有的图像处理成一个具有高对比度和分辨率的光学切片图像。


光学切片成像技术的发展历程


蔡司Apotome 3有别于一般仅依靠算法提高宽场分辨率的方法,是真正能被看见的技术,其发展已有20多年历史。


1998年,在牛津大学的科学家托尼·威尔逊(Tony Wilson)提出使用结构化照明代替均匀的宽视场照明,在传统荧光显微镜中使用光学切片。这一绝妙的构思很快由蔡司商业化:2002年,蔡司发布了代光学切片成像技术ApoTome,收获了不俗的市场反响。


随着蔡司光学切片成像技术的日渐成熟,蔡司于2010年发布了全新电动ApoTome.2。这一技术可自动匹配物镜并加入了自带反卷积算法,从而进一步提升图像信噪比。此后十年,拥有着广泛客户基础的ApoTome.2开启了“霸屏”模式。


经过时光的历练和技术的沉淀后,2020年10月,蔡司带着新一代Apotome 3走来,重新进行了硬件设计,使得整体更加简洁,同时性能更加稳定可靠,并支持多种最新的荧光光源,满足不同用户的使用需求。此外,Apotome 3也支持蔡司ZEN软件中广受好评的“Direct Processing”功能,客户在采集图像时,可以同步进行图像运算处理,真正做到“一键即得”的简单操作体验。


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