蔡司Lattice SIM 5
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蔡司Lattice SIM 5

在所有空间维度上实现一致超分辨率的实时成像系统

蔡司Lattice SIM 5已针对亚细胞结构及其动态过程采集进行了优化。在Lattice SIM技术和SIM²图像重构算法的支撑下,蔡司Lattice SIM 5可在活细胞和固定细胞中提供低至60 nm的超分辨率性能。不仅如此,在放大到超分辨率细节之前,您还可以选择SIM Apotome成像模式和更低倍物镜快速获取样品的概览图。

  • 拍摄动态过程和非常精细的亚细胞结构
  • 根据活体样品的需求进行优化
  • 获得更可靠的实验结果

拍摄动态过程和非常精细的亚细胞结构

凭借蔡司Lattice SIM照明模式和SIM²图像重构算法,蔡司Latrice SIM 5将结构光照明显微技术(SIM)提升到了一个新的水平。即便为了保护活体样品而使用较低的曝光量,您也始终会获得符合期望的结果。它将传统SIM的分辨率提高一倍,并辨析出相距不超过60 nm的非常精细的亚细胞结构。高光效Lattice SIM技术为活体和固定样品提供优异的低光毒性成像,使您不仅获得比经典SIM高出一倍的空间分辨率,同时也获得高达255 fps的高时间分辨率。

图片说明:U2OS细胞中的肌动蛋白动态表达LifeAct-GFP,通过Lattice SIM 3D Leap模式和低相位模式成像。物镜:Plan-Apochromat 63× / 1.4 Oil

根据活体样品的需求进行优化

凭借蔡司Lattice SIM 5的灵活性,您可以通过优先考虑分辨率、速度或在两者之间找到适当的平衡来满足您的实验需求。使用光子预算将横向分辨率提高至远小于100 nm,或减少所需的原始图像数量,提高采集速度的同时降低光毒性。蔡司Lattice SIM 5有多种缩减原始图像的选项,您可以根据有所需的空间和时间分辨率选择合适的采集设置。

图片说明:Cos-7细胞中内质网的时间序列成像呈现了高度活跃的结构变化。样品由日本理化学研究所宮脇敦史实验室提供。

获得更可靠的实验结果

获得更可靠的实验结果

获得更可靠的实验结果

对Cos-7细胞进行微管(抗微管蛋白Alexa Fluor 488,青色)和肌动蛋白(Phalloidin Alexa Fluor 561,橙色)染色

获得更可靠的实验结果

蔡司Lattice SIM 5 具有出色的非焦平面光抑制能力,即使面对高度散射的样品,也能在宽场显微镜下提供清晰的光学切片。SIM²图像重构使用一种特殊的SIM点扩展函数,无论是针对活体还是固定样品,都可以对蔡司Lattice SIM 5基于晶格结构光照明获取的图像进行可靠的重构,同时大大缩小图像伪影。基于强大且经过验证的算法生成的可重复数据将增加您实验结论的可信度。

图片说明:Cos-7细胞中荧光标记的微管(anti-tubulin Alexa Fluor 488,青色)和肌动蛋白(Phalloidin Alexa Fluor 561,橙色)

蔡司Lattice SIM 5背后的技术

宽场Lattice SIM
宽场Lattice SIM
Cos-7细胞的宽场和Lattice SIM图像对比。分别标记肌动蛋白(Phalloidin Alexa Fluor 568,品红)、微管(anti-tubulin Alexa Fluor 488,黄色)和细胞核(Hoechst,蓝色)。物镜:Plan-Apochromat 63× / 1.4 Oil

Lattice SIM

用于活细胞成像的三维超分辨率技术

Lattice SIM使用晶格点阵结构光,而非传统SIM中的线性栅格结构光来照亮样品区域。由于其固有的二维性,晶格模式只需要平移而无需旋转。这样,成像速度便得到了大幅提高。此外,晶格模式还提供更高对比度,从而实现更可靠的图像重构。由于采样效率比传统SIM提高了一倍,因此曝光时间较之就缩短了一半,这使得Lattice SIM成为了活细胞成像技术的理想之选。

宽场成像

由于衍射极限的存在,图像分辨率会受到物理限制。此外,图像质量也会受到非焦模糊和背景信号的影响。

传统SIM成像

为了采集到更高的频率,使用栅格结构光照射样品,并将栅格旋转不同角度、平移不同位置后进行成像。处理后的图像在三个维度上的分辨率都达到原来的两倍。

Lattice SIM成像

使用晶格点阵模式而非线性栅格来照射样品。与传统SIM相比,其采样效率提高了两倍。晶格模式不仅可提供更高的对比度,而且在数据处理上也更加稳健。

重构的图像

采集完毕后,经过计算可以得到处理后的超分辨率图像。借助Lattice SIM,您便可以用更低的光漂白来拍摄更长时间的图像,并在更高的帧率下保持图像质量。

Cos-7细胞用α-微管蛋白抗体Alexa fluor 488染色,使用基于广义维纳滤波器的传统SIM算法以及新型SIM²重构技术来处理其图像。图像显示与SIM相比,SIM²的分辨率得到提高。物镜:Plan-Apochromat 63× / 1.4 Oil。

SIM²图像重构

使您的SIM分辨率提高一倍

SIM²是一种突破性图像重构算法,可提高结构光照明显微成像数据的分辨率和光学切片质量。SIM²兼容Lattice SIM系列中所有SIM成像模式,并完全集成在蔡司ZEN软件中。

与传统重构算法不同,SIM²是一种两步图像重构算法。第一步,进行衍射级次合并、去噪和频率抑制滤波。所有这些数字图像操作所产生的效果都转化为数字SIM点扩散函数(PSF)。后续迭代去卷积使用的正是此PSF。与使用实验性PSF对基于硬件的显微数据去卷积的优势类似,SIM²算法在分辨率、光学切片和稳定性方面优于传统的单步图像重构法。

宽场SIM Apotome
宽场SIM Apotome
U2OS细胞的宽场和SIM² Apotome单层图像对比,分别标记了肌动蛋白(Phalloidin Alexa Fluor 647,红色)、微管(α-微管蛋白抗体Alexa Fluor 488,绿色)和细胞核(Hoechst,蓝色)。物镜:LD LCI Plan-Apochromat 25× / 0.8 Imm Corr

SIM Apotome

灵活的光学切片成像技术

使用SIM Apotome模式可以在放大至超分辨率细节之前快速得到概览图。SIM Apotome采用结构光照明,在各个维度上以清晰的对比度和高分辨率为您提供更大体积的快速光学切片。

SIM Apotome与SIM²重构算法有机结合,使您能够在获得高对比度、高分辨率图像的同时,进一步调整快速活细胞成像的温和性。在以不同放大倍率获取大面积或大体积样品图像的同时,您也可以使用快速光学切片来提高工作效率。

进一步提高SIM成像速度

使用加速模式即可进一步提高2D和3D成像的时间分辨率和图像采集效率。

U2OS细胞表达Rab5-mEmerald(绿色)和tdTomato标记的与高尔基体相关的转运标记物(品红)。双色图像同步采集,曝光时间为1.5ms/相位,观察视野为1024 × 1024像素(64 μm × 64 μm)。物镜:Plan-Apochromat 63× / 1.4 Oil

二维Burst模式

获取完整的时间信息

Burst模式处理使用滚动窗口法,让您能以高达255 fps的速度观察活体样品的动态过程。由于Burst模式是后处理步骤,因此您可以灵活地将其用于先前获取的数据集。数据分析所需的时间分辨率由您全权决定。

U2OS细胞表达钙网蛋白-tdTomato,用于对内质网进行成像。时间序列显示了体积数据集的最大强度投影。物镜:Plan-Apochromat 63× / 1.4 Oil

3D Leap模式

数字光学切片达到新的水平

对于要求苛刻的三维快速成像,Leap模式使您不仅能够缩短成像所需时间,而且可以减少样品的曝光量。其工作原理为每三个平面成像一次,从而将体积成像速度提高为原来的三倍,曝光量减少三分之二。

同步双色成像

活体样品的研究常常聚焦于不同蛋白质或细胞器的相互作用。对相关结构同步成像是正确理解这些高速动态过程的关键。蔡司Lattice SIM 5可以配备两台并行相机,在整个观察视野内进行真正的双色同步成像。

选择高性价比的蔡司Axiocam 820 mono相机以获得出色的性能,它采用背照式CMOS传感器,峰值量子效率高达86%。此相机是活体或固定样品微弱荧光信号成像的理想之选。
蔡司Axiocam 820 mono
蔡司Axiocam 820 mono
滨松ORCA-Fusion BT相机为您带来更出色的性能。该相机采用科学级CMOS(sCMOS),其薄型背照式传感器可实现约95%的峰值量子效率。另外,还具有超低、均匀的读出噪音,CoaXPress接口可实现高速采集,曝光时间低至1 ms,为您提供出色的数字成像效果。
滨松ORCA-Fusion BT
滨松ORCA-Fusion BT

应用实例

请参阅“大显身手的蔡司Lattice SIM 5”

  • 表达TOMM20-mEmerald(青色)和EB3-tdTomato(橙色)的Cos-7细胞,视频中展示了线粒体和微管的动态运动。使用Lattice SIM成像。物镜:Plan-Apochromat 63× / 1.4 Oil
  • 使用Lattice SIM²和低相位,对U2OS细胞表达LifeAct-tdTomato(橙色)的肌动蛋白动态进行成像。物镜:Plan-Apochromat 63× / 1.4 Oil。
  • 使用SIM Apotome 3D Leap模式和低相位,对U2OS细胞中表达LifeAct-GFP的肌动蛋白动态变化进行成像。物镜:Plan-Apochromat 40× / 1.4 Oil

速度和分辨率同样重要

更快的成像速度和更短的曝光时间是成像实验中恒久不变的需求。稳健灵活的Lattice SIM结构光照明模式加上图像重构软件,可以显著减少Lattice SIM采集模式所需的相位图像数量,而且重要的是,最终图像的分辨率几乎不受影响。Lattice SIM成像模式能够每采集9个(而非13个)相位图像就生成一张最终图像,成像速度提高了44%。在对高度活跃的活细胞进行低光毒性成像时,速度的提高尤其有利,因为较慢的采集速度会导致运动模糊和分辨率降低。

将其与Leap模式相结合之后,您可以进一步减少最终每幅图像所需相位图像的数量,以尽可能温和地进行超分辨率成像。

小鼠小肠。通过SIM Apotome模式和Plan-Neofluar 10× / 0.3空气镜先采集概览图。再使用Lattice SIM模式和Plan-Apochromat 63× / 1.4油镜对感兴趣的区域进行成像。样品由台湾国立清华大学生命科学部暨医学院汤学成教授提供

解析隐藏在深处的细节

在厚样品中展现高质量光学切片和超分辨率

与传统SIM相比,Lattice SIM照明模式展现出更高的对比度和更大的样品穿透深度。即使在厚实样品或散射样品中,也能获得超分辨率图像和高质量光学切片。

汤教授及其团队(Hsiao et al., Nature Communications 2023)开发的一种新型透明化和包埋技术与可靠的Lattice SIM照明模式以及出色的图像重构技术相结合,使得能够对厚度约为200µm的整个小鼠肠道切片进行成像。即使在较深的位置,也能对血管和神经网络进行精细观察。

表达钙网蛋白-tdTomato(内质网,品红)和Tomm20-mEmerald(线粒体,绿色)的Cos-7细胞,进行了双色同时成像。视频展示了内质网和线粒体的高速动态相互作用。物镜:Plan-Apochromat 63× / 1.4 Oil

观察生命的细微结构

高时空分辨率下的活细胞成像

蔡司Lattice SIM 5将高速成像与优异的光效率、低光毒性和高灵敏度有机地整合在一起。借助该系统,您可以对活体样品中的细胞结构、亚细胞结构、甚至亚细胞器结构进行长时间的二维和三维观察。

线粒体是高度活跃的细胞器,它们会不断发生融合和分裂,以确保ATP在细胞中适当分布。已知为了完成工作,线粒体会与众多其他亚细胞结构相互作用,其中包括微管(线粒体搭乘它们以到达目的地)或内质网(包裹在线粒体周围,以在裂变事件发生前收缩线粒体直径)。

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  • ZEISS Lattice SIM 5

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

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    Full Access to Super-Resolution Imaging for all Research Areas

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