Новости

Apr 26, 2024

Адаптивная фазово-контрастная микроскопия для компенсации эффекта мениска

Scientific Reports, том 13, номер статьи: 5785 (2023) Цитировать эту статью 991 Доступ 1 Подробности об альтметрических метриках Эта статья обновлена ​​Фазовый контраст является одним из наиболее важных

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 5785 (2023) Цитировать эту статью

991 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Эта статья обновлена

Фазовый контраст — один из наиболее важных микроскопических методов получения видимых прозрачных неокрашенных клеток. Клеточные культуры часто культивируют в микротитровальных планшетах, состоящих из нескольких цилиндрических лунок. Поверхностное натяжение культуральной среды образует жидкую линзу внутри лунки, вызывая нарушение условий фазового контраста в областях с более изогнутыми краями, что препятствует наблюдению за клетками. Адаптивная фазово-контрастная микроскопия — это метод значительного увеличения наблюдаемой площади за счет оптической компенсации эффекта мениска. Кольцо конденсора микроскопа заменено пропускающим ЖК-дисплеем, что обеспечивает возможность динамических изменений. На пути освещения размещается деформируемая призма, наполненная жидкостью. Угол поверхности призмы адаптивно наклонен для преломления проходящего света, что позволяет компенсировать тангенциальный угол жидкой линзы. Помимо наблюдения фазоконтрастного изображения, светоделитель позволяет одновременно наблюдать за кольцом конденсатора и смещением фазового кольца. Алгоритмы анализируют смещение для динамической настройки ЖК-дисплея и призмы, чтобы гарантировать условия фазового контраста. Эксперименты показывают значительное увеличение наблюдаемой площади, особенно для скважин небольших размеров. Для 96-луночных планшетов в условиях фазового контраста вместо стандартной фазово-контрастной микроскопии можно исследовать более двенадцатикратную площадь.

Фазово-контрастная микроскопия, впервые предложенная в 1932 году Фрицем Цернике1, является широко используемым методом наблюдения биологических образцов, поскольку она позволяет сделать видимыми прозрачные неокрашенные клетки2. Благодаря интерференции фазовые сдвиги проходящего света можно сделать видимыми для увеличения контраста полупрозрачных объектов.

Однако его применение ограничено эффектом мениска, который особенно затрагивает образцы в микропланшетах с 96 и более лунками3. Эталонные измерения показали, что в 6-луночных планшетах условия фазового контраста можно обнаружить на 25% (235 мм2 из 950 мм2) площади поверхности лунки. В 96-луночных планшетах она составляет всего 2,3% (0,84 мм2 из 36,3 мм2)4.

Фазовый контраст – это метод микроскопии в проходящем свете, при котором на пути луча освещения размещается конденсорное кольцо, а свет в объективе проводится через фазовое кольцо (см. рис. 1). Если изображение кольца конденсатора и фазовое кольцо перекрываются, возникают условия фазового контраста. Фазовые сдвиги происходят на переходах в наблюдаемом образце, например, на границах ячеек, которые подсвечиваются оптически. Условия фазового контраста можно легко определить по эффекту «гало», который представляет собой область с темным фоном и яркими краями вокруг фазосдвигающих объектов2,6.

Схематическое изображение пути освещения в фазово-контрастном микроскопе с различными положениями лунок. (A) Упрощенный путь света через микроскоп (неактивные элементы, такие как отклоняющие зеркала и стеклянные пластины, были опущены). (1) Источник света (2) Кольцо конденсора (3) Линза конденсора (5) MTP (6) Объектив (7) Фазовое кольцо (8) Подвижное зеркало (9) Линза Бертрана (10) Линза окуляра (11) Вспомогательная камера ( 12) Тубусная линза (13) Основная камера. Перемещая зеркало (8), его можно переключать между основным световым путем (I) и вторичным световым путем (II), чтобы наблюдать перекрытие фазового кольца и кольца конденсора. (Б) Свет проходит через центр колодца. (Б.1) Суперпозиционное изображение фазового кольца и кольца конденсатора. Они полностью перекрываются. (B.2) Полученное фазово-контрастное изображение клеточной культуры. (C) Из-за кривизны поверхности по направлению к краю лунки луч света преломляется от центра. (В.1) На суперпозиционном изображении видно отклонение между кольцом конденсатора (2) и фазовым кольцом (7). (C.2) Таким образом, полученное изображение клетки получается в условиях светлого поля. Изображения (A.2) и (B.2) были получены с помощью объектива 10x (Nikon CFI Plan Fluor DL ​​10XF) в 6-луночном MTP.