ZEISS Lattice SIM 5
Produkt

ZEISS Lattice SIM 5

Live Imaging mit homogener Superauflösung in allen räumlichen Dimensionen

ZEISS Lattice SIM 5 wurde für die Aufnahme subzellulärer Strukturen und Dynamiken optimiert. Auf der Basis der Lattice-SIM-Technologie und des SIM² Bildrekonstruktionsalgorithmus liefert ZEISS Lattice SIM 5 sowohl bei Lebendproben als auch bei fixierten Zellen Bilder in herausragender Superauflösung bis 60 nm. Zusätzlich dazu können Sie mit dem SIM Apotome Bildgebungsmodus und einem Objektiv mit niedriger Vergrößerung in kürzester Zeit Übersichtsbilder Ihrer Probe erstellen, bevor Sie in Superauflösung in die Details zoomen.

  • Abbildung dynamischer Prozesse und kleinster subzellulärer Strukturen
  • Abstimmung auf die Anforderungen Ihrer Lebendproben
  • Zuverlässigere Ergebnisse

Abbildung dynamischer Prozesse und kleinster subzellulärer Strukturen

Mit der ZEISS Lattice SIM Beleuchtungsstruktur und dem SIM² Bildrekonstruktionsalgorithmus erreicht ZEISS Lattice SIM 5 neue Dimensionen in der strukturierten Beleuchtungsmikroskopie (structured illumination microscopy, SIM). So erzielen Sie stets bestmögliche Ergebnisse – selbst dann, wenn Sie zum Schutz Ihrer Lebendproben mit schwächerer Belichtung arbeiten. Profitieren Sie von der Verdoppelung der herkömmlichen SIM-Auflösung und machen Sie so selbst feinste Strukturen auf subzellulärer Ebene bis zu Abständen von gerade einmal 60 nm sichtbar. Die lichteffiziente Lattice-SIM-Technologie ermöglicht das überaus schonende Imaging lebender und fixierter Proben. Dabei erzielen Sie nicht nur die doppelte räumliche Auflösung der klassischen SIM, sondern ebenso eine hohe zeitliche Auflösung mit bis zu 255 Bildern pro Sekunde.

Bildbeschreibung: Die Aktindynamik in einer LifeAct-GFP exprimierenden U2OS-Zelle, abgebildet mit dem Lattice SIM 3D Leap Mode und mit reduzierten Phasen. Objektiv: Plan-Apochromat 63×/1,4 Oil.

Abstimmung auf die Anforderungen Ihrer Lebendproben

Dank der Flexibilität von ZEISS Lattice SIM 5 haben Sie die Möglichkeit, das richtige Verhältnis zwischen Auflösung und Geschwindigkeit in Abhängigkeit Ihrer Experimente selbst zu bestimmen. So können Sie einem der Parameter Priorität einräumen oder beide so einstellen, wie es Ihr Versuch erfordert. Mithilfe des Photonenbudgets können Sie die laterale Auflösung bis weit unter 100 nm verbessern oder die Anzahl der Rohbilder reduzieren, um die Aufnahmegeschwindigkeit zu steigern und gleichzeitig Ihre Proben noch schonender zu erfassen. ZEISS Lattice SIM 5 gibt Ihnen eine Reihe von Funktionen zur Reduzierung der Rohbildanzahl an die Hand, mit denen Sie die optimalen Aufnahmeeinstellungen für die angestrebte räumliche und zeitliche Auflösung definieren können.

Bildbeschreibung: Zeitraffer-Imaging des endoplasmatischen Retikulums in einer COS‑7-Zelle zur Visualisierung hochdynamischer Strukturveränderungen. Probe mit freundlicher Genehmigung des Miyawaki Lab, RIKEN Institute, Japan.

Bildbeschreibung: COS-7-Zellen, gefärbt auf Mikrotubuli (Anti-Tubulin Alexa Fluor 488, cyan) und Aktin (Phalloidin Alexa Fluor 561, orange).

Zuverlässigere Ergebnisse

Bildbeschreibung: COS-7-Zellen, gefärbt auf Mikrotubuli (Anti-Tubulin Alexa Fluor 488, cyan) und Aktin (Phalloidin Alexa Fluor 561, orange).

Zuverlässigere Ergebnisse

ZEISS Lattice SIM 5 bietet eine herausragende Lichtunterdrückung außerhalb des Fokus und damit die schärfsten optischen Schnitte in der Weitfeldmikroskopie – selbst bei hochgradig streuenden Proben. Die SIM² Bildrekonstruktion nutzt eine spezielle SIM-Punktspreizungsfunktion. So rekonstruiert sie alle Aufnahmen lebender und fixierter Proben, die mit ZEISS Lattice SIM 5 mit strukturierter Beleuchtung erfasst wurden, zuverlässig und mit nur minimalen Artefakten. Genießen Sie die Gewissheit, dass die Schlussfolgerungen aus Ihren Versuchen auf reproduzierbaren Daten beruhen, die mithilfe eines leistungsstarken und bewährten Algorithmus ermittelt wurden.

Bildbeschreibung: COS-7-Zellen, gefärbt auf Mikrotubuli (Anti-Tubulin Alexa Fluor 488, cyan) und Aktin (Phalloidin Alexa Fluor 561, orange).

Die Technologie hinter ZEISS Lattice SIM 5

Weitfeld Lattice SIM
Weitfeld Lattice SIM
Vergleich eines Weitfeld- und eines Lattice-SIM-Bilds von angefärbten Aktin (Phalloidin Alexa Fluor 568, magenta), Mikrotubuli (Anti-Tubulin Alexa Fluor 488, gelb) und Zellkern (Hoechst, blau) in COS-7-Zellen. Objektiv: Plan-Apochromat 63×/1,4 Oil.

Lattice SIM

Das 3D-Superauflösungsverfahren für das Live Cell Imaging

Lattice SIM arbeitet anders als eine konventionelle SIM. Sie beleuchtet die Probe nicht mit Gitterlinien, sondern mit einer aus Punkten bestehenden Gitterstruktur („Lattice“). Da diese Gitterstruktur von Natur aus zweidimensional ist, muss die Probe nur translatorisch verschoben, aber nicht rotiert werden. Das beschleunigt die Bildgebungsgeschwindigkeit erheblich. Zudem erzeugt die Gitterstruktur einen höheren Kontrast, was die Bildrekonstruktion noch zuverlässiger macht. Da die Abtasteffizienz doppelt so hoch ist wie bei der klassischen SIM, kann die Belichtungsdauer halbiert werden. Damit eignet sich die Lattice SIM hervorragend für das Live Cell Imaging.

Weitfeld-Bildgebung

Weitfeld-Bildgebung

Aufgrund der Beugungsgrenze unterliegt die Bildauflösung einer physikalischen Einschränkung. Zudem wird die Bildqualität durch Unschärfen in Bereichen unter- und oberhalb des Fokus und durch Hintergrundsignale beeinträchtigt.

Bildgebung mit klassischer SIM

Bildgebung mit klassischer SIM

Zur Erzeugung höherer Frequenzen wird die Probe mit einem Gittermuster beleuchtet und nach verschiedenen Rotations- und Translationsbewegungen abgebildet. Das verarbeitete Bild hat die doppelte Auflösung in allen drei Dimensionen.

Bildgebung mit Lattice SIM

Bildgebung mit Lattice SIM

Die Probe wird mit einer aus Punkten bestehenden Gitterstruktur („Lattice“) anstatt mit Gitterlinien beleuchtet. Dabei ist die Abtasteffizienz doppelt so hoch wie bei der klassischen SIM. Die Gitterstruktur erzeugt einen höheren Kontrast und ist für die digitale Verarbeitung zuverlässiger.

Rekonstruiertes Bild

Rekonstruiertes Bild

Nach der Aufnahme wird das resultierende superaufgelöste Bild berechnet. Mit Lattice SIM profitieren Sie von längeren Aufnahmezeiten bei weniger Ausbleichen und erzielen auch bei höheren Bildraten eine gleichbleibende Bildqualität.

Die Abbildungen zeigen eine mit Anti-Alpha-Tubulin Alexa Fluor 488 gefärbte COS-7-Zelle. Links auf Basis konventioneller SIM-Algorithmen eines generalisierten Wiener-Filters, rechts mit der neuen SIM² Rekonstruktion. Man erkennt deutlich die höhere Auflösung mit SIM². Objektiv: Plan-Apochromat 63×/1,4 Oil.

SIM² Bildrekonstruktion

Verdoppelte SIM-Auflösung

SIM² ist der wegweisende Bildrekonstruktionsalgorithmus, der Auflösung und Schnittqualität von Daten in der strukturierten Beleuchtungsmikroskopie verbessert. SIM² ist mit allen SIM-Abbildungsmodi kompatibel und vollständig in die ZEISS ZEN Software integriert.

Anders als bei konventionellen Rekonstruktionsalgorithmen werden Bilder mit SIM² in zwei Schritten rekonstruiert. Im ersten Schritt erfolgen Ordnungskombination, Rauschunterdrückung und Frequenzunterdrückungsfilterung. Die Ergebnisse dieser Digitalbildverarbeitung werden dann in eine digitale SIM-Punktspreizfunktion (PSF) umgewandelt. Diese PSF wird bei der anschließenden iterativen Dekonvolution verwendet. Der SIM² Algorithmus ist konventionellen, einstufigen Bildrekonstruktionsverfahren bei Auflösung, Schnitten und Zuverlässigkeit überlegen und bietet Vorteile, die mit denen experimenteller PSF für die Dekonvolution hardwarebasierter Mikroskopiedaten vergleichbar sind.

Weitfeld SIM Apotome
Weitfeld SIM Apotome
Weitfeld- und SIM² Apotome Ein-Ebenen-Aufnahmen von U2OS-Zellen mit gefärbten Aktin (Phalloidin Alexa Fluor 647, rot), Mikrotubuli (Anti-Alpha-Tubulin Alexa Fluor 488, grün) und Zellkernen (Hoechst, blau) im Vergleich. Objektiv: LD LCI Plan-Apochromat 25×/0,8 Imm Korr.

SIM Apotome

Flexible optische Schnitte

Erstellen Sie mit dem SIM Apotome Aufnahmemodus in kürzester Zeit Übersichtsbilder, bevor Sie in Superauflösung in die Details zoomen. SIM Apotome nutzt strukturierte Beleuchtung, um in allen Dimensionen schnell kontrastreiche optische Schnitte größerer Volumina in hoher Auflösung zu erzeugen.

Durch die Kombination von SIM Apotome mit dem SIM² Rekonstruktionsalgorithmus können Sie das kontrastreiche, schnelle und hochaufgelöste Live Cell Imaging noch schonender gestalten. Alternativ nutzen Sie Ihren neuen Geschwindigkeitsvorteil bei der Erstellung optischer Schnitte zur Steigerung Ihrer Produktivität bei der Bildaufnahme großer Probenbereiche oder großer Volumina mit unterschiedlichen Vergrößerungen.

SIM-Imaging noch schneller

Höhere zeitliche Auflösung und gesteigerte Produktivität beim 2D- und 3D-Imaging mit Modi zur Verbesserung der Geschwindigkeit.

Mit Rab5-mEmerald (grün) und tdTomato markierten, Golgi-assoziierten Transportmarker (magenta) exprimierende U2OS-Zelle. Simultane zweifarbige Aufnahme bei einer Belichtungszeit von 1,5 ms/Phase für ein Sehfeld von 1024 × 1024 Pixel (64 µm × 64 µm). Objektiv: Plan-Apochromat 63×/1,4 Oil.

2D Burst Mode

Umfassende zeitliche Informationen

Bei der Verarbeitung mit dem Burst Mode wird das Sliding-Window-Konzept angewandt, was Ihnen ermöglicht, Prozesse in Ihren Lebendproben mit bis zu 255 Bildern pro Sekunde zu beobachten. Und da es sich beim Burst Mode um einen der Erfassung nachgelagerten Verarbeitungsschritt handelt, können Sie diesen Modus problemlos auch auf bereits erfasste Datensätze anwenden. Sie bestimmen, welche zeitliche Auflösung Sie für die Analyse Ihrer Daten benötigen.

Visualisierung des endoplasmatischen Retikulums anhand einer Calreticulin-tdTomato exprimierenden U2OS-Zelle. Die Zeitreihe zeigt eine Maximumintensitätsprojektion des Volumendatensatzes. Objektiv: Plan-Apochromat 63×/1,4 Oil.

3D Leap Mode

Digitale Schnitte auf neuem Niveau

Mit dem Leap Mode können Sie Aufnahme- und Belichtungszeiten verkürzen – ideal für das schnelle 3D-Imaging anspruchsvoller Proben. Hierbei wird nur jede dritte Ebene abgebildet, was die Geschwindigkeit der Volumenbildgebung verdreifacht und gleichzeitig die Anzahl der Belichtungen um zwei Drittel reduziert.

Simultane zweifarbige Bildgebung

Bei der Untersuchung lebender Proben geht es häufig um die Wechselwirkung zwischen einzelnen Proteinen oder Organellen. Diese hochgradig dynamischen Prozesse lassen sich erst durch simultane Bildgebung der beteiligten Strukturen wirklich nachvollziehen. ZEISS Lattice SIM 5 kann mit zwei parallel betriebenen Kameras ausgestattet werden, um so echt simultane, zweifarbige Bilder über das gesamte Sehfeld aufnehmen.

Exzellente Leistung zu einem attraktiven Preis bietet ZEISS Axiocam 820 mono. Die Kamera ist mit einem rückseitig belichteten CMOS-Sensor mit einer maximalen Quanteneffizienz von 86 % ausgestattet und eignet sich optimal für das Imaging schwacher Fluoreszenzsignale lebender oder fixierter Proben.
ZEISS Axiocam 820 mono
Wenn herausragende Leistung für Sie im Vordergrund steht, empfiehlt sich die ORCA-Fusion BT von Hamamatsu. Diese wissenschaftliche CMOS-Kamera (sCMOS) verfügt über einen verdünnten rückseitig belichteten Sensor mit einer maximalen Quanteneffizienz ca. 95 %. Mit hohen Aufnahmegeschwindigkeiten und Belichtungszeiten von bis zu gerade einmal 1 ms erzielt sie beispiellose digitale Imaging-Ergebnisse.
Hamamatsu ORCA-Fusion BT

Anwendungsbeispiele

ZEISS Lattice SIM 5 im Einsatz

  • TOMM20-mEmerald (cyan) und EB3-tdTomato (orange) exprimierende COS‑7-Zelle, die dynamische Mitochondrien- und Mikrotubulibewegungen sichtbar macht. Abgebildet mit Lattice SIM. Objektiv: Plan-Apochromat 63×/1,4 Oil.
  • Aktindynamik in einer LifeAct-tdTomato exprimierenden U2OS-Zelle, abgebildet mit dem Lattice SIM² Modus und mit reduzierten Phasen. Objektiv: Plan-Apochromat 63×/1,4 Oil.
  • Die Aktindynamik in einer LifeAct-GFP exprimierenden U2OS-Zelle, abgebildet mit dem SIM Apotome 3D Leap Mode und mit reduzierten Phasen. Objektiv: Plan-Apochromat 40×/1,4 Oil.

Das richtige Verhältnis zwischen Auflösung und Geschwindigkeit

Für Bildgebungsexperimente werden stetig höhere Aufnahmegeschwindigkeiten und kürzere Belichtungszeiten angestrebt. Wird die zuverlässige und flexible Gitterstrukturbeleuchtung von Lattice SIM zusammen mit der Bildrekonstruktionssoftware eingesetzt, reduziert sich die Anzahl der Phasenbilder im Lattice SIM Aufnahmemodus deutlich – die Auflösung der Ergebnisbilder verringert sich dadurch jedoch kaum. Statt 13 Phasenaufnahmen genügen mit Lattice SIM schon 9 Phasenaufnahmen für die Erstellung eines Einzelbilds. Das beschleunigt die Aufnahmegeschwindigkeit um 44 %. Die verbesserte Aufnahmegeschwindigkeit stellt insbesondere für das schonende Imaging hochdynamischer Prozesse in Lebendzellen einen großen Vorteil dar: So werden Bewegungsunschärfen verringert und die Auflösung weiter erhöht.

Durch zusätzliche Kombination mit dem Leap Mode können Sie die Anzahl der benötigten Phasenaufnahmen pro Ergebnisbild noch weiter senken und so noch schonender superaufgelöste Bilder Ihrer Proben aufnehmen.

Dünndarm einer Maus. Übersichtsbild, abgebildet mit SIM Apotome und dem Objektiv Plan-Neofluar 10×/0,3 Air. Interessensbereich abgebildet mit Lattice SIM und dem Objektiv Plan Apochromat 63×/1,4 Oil. Probe mit freundlicher Genehmigung von Prof. Shiue-Cheng (Tony) Tang, Institute of Biotechnology & Department of Medical Science, National Tsing Hua University, Taiwan.

Visualisierung von Details in der Tiefe

Optische Schnitte von dicken Proben in hoher Auflösung und Qualität

Das Beleuchtungsmuster von Lattice SIM erzeugt nicht nur höhere Kontraste, sondern erreicht auch eine größere Eindringtiefe als die klassische SIM. So erstellen Sie sogar von dicken oder streuenden Proben superaufgelöste Bilder und qualitativ hochwertige optische Schnitte.

Von Prof. Tang und seinem Team (Hsiao et al., Nature Communications 2023) neuentwickelte Methoden zum Clearing und Einbetten haben in Kombination mit dem zuverlässigen Lattice SIM Beleuchtungsmuster und der herausragenden Bildrekonstruktionstechnologie die Abbildung eines vollständigen Schnitts durch einen Mäusedarm mit einer Dicke von ca. 200 µm ermöglicht. Dabei konnten sogar bei dieser Tiefe noch Netzwerke aus Blutgefäßen und Nerven mit kleinsten Details sichtbar gemacht werden.

Diese die Marker Calreticulin-tdTomato (endoplasmatisches Retikulum/magenta) und Tomm20-mEmerald (Mitochondrien/grün) exprimierende COS‑7-Zelle wurde simultan in zwei Farben aufgenommen. Das Video zeigt die hochgradig dynamischen Wechselwirkungen zwischen ER und Mitochondrien. Objektiv: Plan-Apochromat 63×/1,4 Oil.

Das Leben bis in die kleinsten Details beobachten

Live Cell Imaging mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung

ZEISS Lattice SIM 5 kombiniert Highspeed-Bildgebung mit herausragender Lichtstärkeeffizienz, einer geringen Photonenmenge und sehr hoher Empfindlichkeit. Sie können Strukturen lebender Proben auf Zell-, Subzell- und sogar Suborganellenebene im Zeitverlauf in 2D und 3D beobachten.

Mitochondrien sind hochdynamische Zellorganellen, die zur Sicherstellung der optimalen Versorgung der Zelle mit ATP ständig Fusions- und Fissionsvorgänge durchlaufen. Um Ihre Aufgabe auszuführen, interagieren sie bekanntermaßen mit vielen anderen subzellulären Kompartimenten, darunter mit den Mikrotubuli, mit deren Hilfe sie sich durch die Zelle bewegen, oder dem ER, das sich um ein Mitochondrium wickelt, um vor einer Fission dessen Durchmesser zu verringern.

Downloads

  • ZEISS Lattice SIM 5

    Your live imaging system for uniform super-resolution in all spatial dimensions

    5 MB
  • ZEISS Lattice SIM Family

    Full Access to Super-Resolution Imaging for all Research Areas

    3 MB


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