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LSM Lightfield 4D

对生物体进行瞬时高速体成像

Lightfield 4D是一种高速瞬时体成像技术。单次拍摄即可获取完整的三维信息,且成像体积内无时间延迟。这是首次能以高达每秒80个体积的速度捕捉整个生物体的快速运动,同时保证所有时空信息完好无损。爬行的幼虫、跳动的心脏、流动的血液和活跃的神经元都能够以突破性的成像速度进行三维研究,以揭开生命的奥秘。

  • 一次拍摄,一个体积。
  • 最小的曝光,更多的信息。
  • 快速采集,提高通量。
  • 同一成像平台,带来无限可能。

一次拍摄,一个体积。

同时获取空间信息和快速动态过程,无需妥协

生命不息,运动不止。许多神经和生理学过程都以极快速度发生,因此难以准确捕捉其时空动态。虽然现有技术已在速度方面有所提升,但采集所需的时间仍会随着样品体积的增大而增加,因此对于神经元活动或心跳等快速过程,常常需要在体积信息和时间分辨率之间进行取舍。现在您无需妥协,Lightfield 4D可每秒捕获80个体积,且在三维无时间延迟。您还可以追踪斑马鱼大脑中的神经元活动、果蝇胚胎发育中的组织运动,以及爬行秀丽隐杆线虫幼虫的结构变化。独特的“一次拍摄,一个体积”(one-snap-one-volume)采集技术确保重要事件不会遗漏或失真,最终可以实现在一个完整成像体积内以高时间分辨率对粒子进行追踪。您可以即刻在共聚焦上利用Lightfield 4D开展实验,而无需调整样品制备

  • 视频显示了在1.2秒内采集3次完整心跳,在此期间对心肌细胞进行时间和空间分辨

    研究发育斑马鱼心脏的形态和心壁运动

  •  斑马鱼血液流动

    实时观察红细胞流经发育斑马鱼胚胎尾部血管的情况

  • 黑腹果蝇白色前蛹血淋巴中昆虫血细胞的流动

    研究昆虫血细胞(血球)在果蝇血淋巴中的流动

  • 果蝇肌肉活动的灵敏三维成像

    果蝇肌肉活动的灵敏三维成像

  • 转基因、3日龄拟南芥下胚轴

    捕捉拟南芥中光诱导的蛋白质重新分布


  • 研究发育斑马鱼心脏的形态和心壁运动

    由于心脏在不断跳动,因此以三维形式分析胚胎心脏的形态和运动十分具有挑战性。数据来自受精后3日、包埋于琼脂糖凝胶的斑马鱼幼鱼。蔡司Lightfield 4D能够以每秒80个体积的速度对心跳进行成像。视频显示了在1.2秒内采集3次完整心跳,心肌细胞在时间和空间上都得到了解析。如此便可使用蔡司arivis Pro进行细胞分割和追踪。可以清楚地看到,心肌细胞在每次心跳中都遵循完全相同的轨迹。

    由英国谢菲尔德大学生物科学学院的Stone Elworthy和Emily Noël提供。数据采集于谢菲尔德大学生物科学学院的沃尔夫森光学显微镜平台。

  • 实时观察红细胞流经发育斑马鱼胚胎尾部血管的情况

    以三维形式对循环系统行为进行实时成像困难重重,因为心脏以每秒3次的速度将血液泵入循环系统,而细胞的移动速度太快,无法一次捕捉到超过两个维度的运动。Lightfield 4D的成像速度达到了每秒80个体积,首次提供了以三维形式追踪这一网络中血细胞的机会,并能够准确显示该网络如何根据不同血管中血液的相对速度和方向性进行组织。

    由英国伦敦弗朗西斯·克里克研究所的Toby Andrews和Rashmi Priya提供

  • 研究昆虫血细胞(血球)在果蝇血淋巴中的流动

    由于快速的三维运动,研究人员难以在体内查看昆虫血细胞通过血淋巴的流动。Lightfield 4D可快速对大体积进行成像,因此得以在体内追踪这一过程。由于成像速度达到了每秒80个体积,细胞在空间和时间上都能得到可靠的分辨。获取的数据可用于随后的分割以及使用蔡司arivis Pro进行自动追踪。

    由英国谢菲尔德大学的Iwan Robert Evans提供。数据采集于谢菲尔德大学生物科学学院的沃尔夫森光学显微镜平台。

  • 果蝇肌肉活动的灵敏三维成像

    黑腹果蝇第一龄幼虫,半受限,在所有体壁肌肉中表达钙敏感荧光蛋白。使用蔡司arivis Pro分析,以显示肌肉活动。

    由英国约克大学生物学系的Sean Sweeney提供

  • 捕捉拟南芥中光诱导的蛋白质重新分布

    研究植物如何在分子水平上适当地对光做出反应,对于了解植物如何发挥众多依赖光的功能至关重要。在这种情况下,在3日龄幼苗下胚轴(茎)中观察到拟南芥蛋白质在蓝光刺激下重新定位。由于分子移动过快,无法进行传统的共聚焦成像。Lightfield 4D的高速特性使得整个三维体积只需一次拍摄即可成像,完整保留了蛋白质聚集的空间定位。这便提供了可靠的定位信息,用于进行准确的重构。

    由格拉斯哥大学MVLS共享研究所细胞分析平台的Hannah Walters提供。数据采集于英国格拉斯哥大学细胞分析平台
LSM Lightfield 4D产品手册图像

蔡司LSM Lightfield 4D

对生物体进行瞬时高速体成像

最小的曝光,更多的信息。

不影响生命过程,随心所欲地长时间观察整个生物体

采集活体样品的三维信息始终是一项挑战,尤其是对于大体积样品而言。光学切片需要按照顺序采集单张图像来创建Z轴序列图像。每一层切片都要进行曝光,而曝光并不完全局限于焦平面,很容易在整个体积内累积光毒性。Lightfield 4D的工作原理与众不同:单次拍摄即可获取完整的Z轴序列图像,将曝光和光毒性影响降至最低。活体样品可以在密集的时间序列采集下进行长时间成像。出色的三维成像速度与极致的低光毒性相结合,使您可以对样品进行长时间的多色成像而不影响其生命活动。您能够观察组织和生物体中长达数小时甚至数天才能完成的发育过程、细胞迁移、囊泡运动或其他变化,同时还有足够高的时间分辨率以理解这些动态。

  • 发育果蝇蛹

    观察黑腹果蝇发育蛹中脂肪体组织的形成

  • 正在经历发育形态发生的斑马鱼耳朵

    正在经历发育形态发生的斑马鱼耳朵

  • 追踪果蝇胚胎的肠道发育

    追踪果蝇胚胎的肠道发育


  • 观察黑腹果蝇发育蛹中脂肪体组织的形成

    对完整动物组织和器官的发育进行可视化,可以更好地了解影响其调节和功能障碍的因素。其中一个例子是果蝇蛹阶段正在形成的脂肪体。蔡司Lightfield 4D可以跟上细胞运动的步伐,为四维追踪提供可靠的数据。照明也十分温和,可以在不牺牲生物体活力或荧光基团亮度的情况下过夜成像。

    15小时过夜成像,包括12个位置和10只果蝇,每个体积500 ms曝光时间,间隔2分钟。

    由格拉斯哥大学MVLS共享研究所细胞分析平台的Ignacio Manuel Fernández Guerrero提供。数据采集于格拉斯哥大学细胞分析平台

  • 正在经历发育形态发生的斑马鱼耳朵

    发育器官的形态发生需要不同调节因子和基因组元素的复杂协调。Lightfield 4D能够以理想的分辨率采集光敏过程,以追踪上皮细胞形态的形成。其“一次拍摄,一个体积”(one-snap-one-volume)采集技术不仅确保Z轴序列图像中不会遗漏或丢失任何发育过程,甚至还能以批处理模式对多个动物进行成像,以捕捉所有事件并提高实验效率。

    斑马鱼胚胎,受精后2 - 3日耳囊发育的时间序列视频。在16个小时内,每隔2分钟对4个不同的斑马鱼胚胎耳朵进行成像。

    由英国谢菲尔德大学生物科学学院的Tanya Whitfield和Sarah Baxendale提供。数据采集于谢菲尔德大学沃尔夫森光学显微镜平台。

  • 追踪果蝇胚胎的肠道发育

    由于其深度以及蛋壳和周围组织的不同折射率,对果蝇胚胎中肠进行实时成像难度较大。目前的做法有两种,冒着光毒性风险使用多光子显微镜,或者对胚胎折射率发生变化的突变体进行成像,但这可能会在表征过程中带来生物学副作用。

    Lightfield 4D可在胚胎发育的大部分过程中对中肠的形成进行成像,没有任何光毒性风险且十分清晰。数据集记录了近7个小时,每10秒钟对一个体积进行成像。

    由英国谢菲尔德大学生物科学学院的Andrew T Plygawko提供。数据采集于谢菲尔德大学沃尔夫森光学显微镜平台。

快速采集,提高通量。

通过瞬时体成像对多个位置或多个样品进行检测

通常,大体积的采集时间是限制成像通量的关键因素。单次图像拍摄就能获取大体积数据可以显著地加速您的实验。Lightfield 4D以颠覆性的速度获取多色的体积数据,从而以多种方式提高实验效率:在每次实验中均可对更多样品进行成像和分析,即刻提升您实验数据统计的准确性。比较野生型和转基因型的多个不同样品组或经不同药物处理的样品,无需花费数小时,仅需几分种就能收集到所需数据,从而让您有更多时间深入分析和研究数据。

  • 透明化细胞团

    对透明化细胞团进行高效体成像,随后进行细胞计数

  • 癌症类器官成像

    对癌症类器官进行高速成像,以评估药物干扰情况


  • 对透明化细胞团进行高效体成像,随后进行细胞计数

    传统的采集方法(如共聚焦点扫描或使用转盘共聚焦显微镜)需要相当长的时间来采集Z轴序列图像。Lightfield 4D成像的速度快,可实现需要更高效率的高级筛选应用,并有助于在相似和不同条件下更快地筛选多个细胞团,如化合物筛选和药物治疗。

    HCT-116-GFP(结肠癌)/NIH-3T3-RFP(成纤维细胞)共培养细胞的透明化细胞团,细胞核用Hoechst染色。在InSphero Akura培养板上成像。使用arivis Pro对数据集进行分割。

    样品由位于瑞士Schlieren的InSphero AG提供

  • 对癌症类器官进行高速成像,以评估药物干扰情况

    类器官是分析癌症系统特性(如对药物治疗的反应、细胞外环境和免疫细胞相互作用)的常用生物模型。对这种大型三维结构进行图像采集并对大量样品进行筛选尤其耗时。Lightfield 4D能够以每秒数张的速度采集类器官的三维图像,与传统显微成像技术相比,大幅提高了对大量样品进行筛选的效率。

    结直肠癌类器官,肌动蛋白细胞骨架用鬼笔环肽标记(品红色),细胞核用DAPI标记(蓝色)。使用40×物镜拍摄,每个荧光基团的曝光时间为100 ms。

    样品由格拉斯哥英国癌症研究中心苏格兰研究所的Nikki R. Paul提供。数据采集于格拉斯哥大学细胞分析平台。

同一成像平台,带来无限可能。

在实验中创新,将光场显微镜与激光共聚焦显微镜的众多功能相结合

事实证明,激光共聚焦显微镜是功能全面的显微系统,不仅将超分辨和光谱成像与大样品的高质量光学切片相结合,还能集成超越共聚焦成像的的荧光信息检测和分子动力学测量。将这种出色的灵活性与Lightfield 4D的低光毒性瞬时体成像技术相结合,可以将您的实验提升至新的水平:

  • 监测神经元的三维高速活动,并辅以Airyscan捕捉超分辨结构细节。
  • 在伤口愈合实验中追踪巨噬细胞的运动,并在您的研究中添加伤口部位的高分辨细节成像。
  • 借助激光共聚焦显微镜的光操作功能开展光漂白、光活化、光转换或消融实验,然后进行低光毒性体成像。
  • 这些都可以在同一显微镜上以同一实验的中的一部分来完成,而完全无需移动您的样品。

会思考的斑马鱼:分析发育中生物体的神经元活动

对钙信号成像作为神经元活动的指标是许多模型系统中广泛使用的技术。这些信号以毫秒为单位迅速发生,需要很高的时间分辨率。

视频显示了斑马鱼大脑中的钙信号。Lightfield 4D的成像体积大、速度快,可以同时记录彼此相距超过50 µm的神经元。还使用Airyscan CO-8Y模式额外获取了高分辨率数据。

数据记录于受精后4日的斑马鱼幼鱼,表达钙报告基因GCaMP6;成像体积:361 × 361 × 109 µm³;每秒10个体积,持续1分钟(661个时间点);曝光时间91 ms;强度编码LUT(低强度蓝色,高强度红色至白色)。

由英国谢菲尔德大学的Anton Nikolaev提供。数据采集于谢菲尔德大学生物科学学院的沃尔夫森光学显微镜平台。

将光场显微镜与LSM的灵活性相结合

Lightfield 4D可在蔡司Axio Observer上与蔡司LSM 910和蔡司LSM 990配合使用

蔡司光场显微镜

技术洞见

要真正捕捉生命过程的本质,必须进行四维成像,因为体积和时间对于研究生命系统都至关重要。这一概念并不新鲜,过去几十年来,许多光学切片技术的开发都是为了满足这一需求。然而,这些方法通常依赖于序列图像采集来创建体积的Z轴序列图像,这会在样品体积内引入时间差,从而严重限制成像速度和所获数据的时空精度。

Lightfield 4D提供了独特的解决方案,能够在精准的时间点对整个体积进行成像,没有任何时间延迟。物镜与相机之间的微透镜阵列不会在不同时间点捕捉单个二维图像,而是一次性生成37幅独立图像,同时收集所有三维信息。每个不同的视图都提供了空间和角度信息,为通过去卷积处理方法重建生成Z轴序列图像奠定了基础。通过这种方式,Lightfield 4D每秒可生成80个体积的Z轴序列图像。
 

物镜与相机之间的微透镜阵列一次性生成37幅独立图像,同时收集所有三维信息。

37个不同的视图都提供了空间和角度信息,有助于获得样品的体积信息。Lightfield 4D每秒可生成80个体积。

通过基于去卷积的处理,生成Z轴序列图像并保存为.czi格式的文件,从而可以使用ZEN和arivis Pro中的所有渲染和分析选项。

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  • 紧随生命的脉动

    蔡司 LSM Lightfield 4D

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