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Super-Resolution-Mikroskopsystem

Lebendzell-Zeitraffer-Bildaufnahme bei zweifach verbesserter Auflösung.

Das N-SIM S Super-Resolution-Mikroskop hat einen einzigartigen Hochgeschwindigkeits-Illuminator für die strukturierte Beleuchtung, mit dem schnelle Bildaufnahmeraten von bis zu 15 fps (frames per second) erreicht werden. Dadurch können schnelle biologische Prozesse mit doppelter Auflösung (bis zu 115 nm in XY) im Vergleich zu herkömmlichen Lichtmikroskopen erfasst werden. Die Kombination des N-SIM S mit konfokaler Mikroskopie bietet die Flexibilität, einen Bereich im konfokalen Modus auszuwählen und zur Super-Auflösung zu wechseln, um den gewünschten Bildausschnitt bei doppelter Auflösung darzustellen.

Download Super-Resolution Broschüre (15.68MB)


Hauptmerkmale

High-Speed Super-Resolution Imaging bei 15 fps

Der neue High-Speed Illuminator für strukturierte Beleuchtung von Nikon birgt eine neuartige Technologie für die Modulation der Beleuchtungsgitterstrukturen, um diese schnell und präzise zu orientieren und umzuschalten. Dadurch erreicht das N-SIM S-System ausgezeichnete Aufnahmegeschwindigkeiten (bis zu 15 fps *) und ermöglicht Zeitrafferaufnahmen lebender Zellen und intrazellulärer Dynamik bei Super-Resolution.

* 2 D-SIM-Modus, 512 x 512 Pixel, 2 ms Belichtungszeit

Endosomen einer mit YFP markierten COS7-Zelle. Die schnelle Bewegung der Endosomen wird mit hoher Auflösung erfasst. Video rechts zeigt den Vergleich mit Weitfeldbeleuchtung. 
Bildaufnahmerate: 6 fps 
 Imaging-Modus: 3D-SIM 
 Bild mit freundlicher Genehmigung von: Yasushi Okada, M.D., Ph.D., Department of Physics, Graduate School of Science, The University of Tokyo

Wachstumsfront von NG108-Zellen, markiert mit GFP-Lifeact für F-Aktin. Die hohe SIM-Bildrate zeigt die Dynamik des Aktin-Netzwerks fast lückenlos und bei Super-Resolution. Video rechts zeigt den Vergleich mit Weitfeldbeleuchtung.
Bilderaufnahmegeschwindigkeit: 10 fps
Imaging-Modus TIRF-SIM
Bild mit freundlicher Genehmigung von: Dr. Minami Tanaka und Kaoru Katoh, The National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)

Histon H2B-GFP exprimierende HeLa-Zelle. Visualisierung feiner Bewegungen von Chromatin-Domänen an verschiedenen Positionen. Video rechts zeigt den Vergleich mit Weitfeldbeleuchtung.
Bildaufnahmegeschwindigkeit: 3,9 fps
Imaging-Modus 3D-SIM
Bild mit freundlicher Genehmigung von: Yuko Sato, Ph.D., Cell Biology Center, Institute of Innovative Research, Tokyo Institute of Technology

ER einer COS7-Zelle, markiert mit SGFP2-sec61b. Die feine Dynamik der Zisternen des Endoplasmatischen Retikulums ist deutlich sichtbar. Video rechts zeigt den Vergleich mit Weitfeldbeleuchtung.
Bilderfassungsgeschwindigkeit: 3,9 fps
Bildgebungsmodus 3D-SIM
Bild mit freundlicher Genehmigung von: Ikuo Wada, Ph.D., Department of Cell Science, Institute of Biomedical Science, Fukushima Medical University, Drs. Shizuha Ishiyama and Kaoru Katoh, The National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)


Live-Cell-Imaging mit der doppelten Auflösung herkömmlicher Lichtmikroskoper

Das System N-SIM S nutzt Nikon's neuartige Beleuchtunstechnologie für die SIM-Technik. Durch die Kombination dieser Innovation mit den bekannten Objektiven von Nikon, die eine beispiellose numerische Apertur von 1,49 erreichen, verdoppelt das N-SIM S die räumliche Auflösung herkömmlicher Lichtmikroskopie (auf ungefähr 115 nm*) und ermöglicht eine detaillierte Visualisierung winziger intrazellulärer Strukturen und ihrer Wechselwirkungen.

* Dieser Wert repräsentiert die FWHM-Messung von 100-nm-beads, die mit einem 488-nm-Laser im 3D-SIM-Modus angeregt wurden. Im TIRF-SIM-Modus werden 86 nm unter Verwendung von 40 nm beads erreicht, die mit einem 488 nm Laser angeregt werden.

Hochaufgelöstes Bild (3D-SIM)

Konventionelles Weitfeld-Bild

Mikrotubuli in B16 Melanomzelle, markiert mit YFP:
Objektiv: CFI Apochromat TIRF 100x Öl (NA 1.49)
Bildaufnahmegeschwindigkeit: ca. 1,8 sec/Bild (Film)
Rekonstruktionmethode: Schnittebene ("slice")
Die Aufnahme erfolgte unter der Mitwirkung von: Dr. Yasushi Okada, Laboratory for Cell Polarity Regulation, Quantitative Biology Center, RIKEN

Hochaufgelöstes Bild (3D-SIM)

Konventionelles Weitfeld-Bild

Endoplasmatisches Retikulum (ER) in lebenden HeLa-Zellen, GFP markiert.
Objektiv: CFI Apochromat TIRF 100x Öl (NA 1.49)
Bildaufnahmegeschwindigkeit: ca. 1,5 sec/Bild (Film)
Rekonstruktionsmethode: Schnittebene ("slice")
Die Aufnahme erfolgte unter der Mitwirkung von: Dr. Ikuo Wada, Institute of Biomedical Sciences, Fukushima Medical University School of Medicine


Automatisches Umschalten zwischen SIM- und Beleuchtungsmodi

Die neuartige Technologie des Hochgeschwindigkeits-Illuminators für die strukturierte Beleuchtung ermöglicht nicht nur schnelle Bildaufnahmeraten, sondern auch das automatische Umschalten zwischen den Beleuchtungs-Modi und die automatische Optimierung der Beleuchtungsgitter für verschiedene Wellenlängen und Objektiv-Vergrößerungen. Diese erweiterte Automatisierung lässt schnelles 2-Farben-TIRF-SIM-Imaging zu sowie das Multiplexen verschiedener SIM-Modi. Das Mikroskop N-SIM S realisiert einfach zu bedienende, optimierte Arbeitsabläufe, sei es für Single-Mode- oder multimodale Imaging-Experimente.


Aufnahme großer Gesichtsfelder

Mit dem Mikroskop-System N-SIM S können Bilder mit der doppelten Auflösung über ein großes Gesichtsfeld (F.O.V.) von 66 μm im Quadrat aufgenommen werden. Dieses Erfassen von verhältnismäßig großflächigen Präparat Bereichen pro SIM-Bild führt zu einem erhöhten Durchsatz bei Anwendungen und Proben, die von größeren Bildausschnitten profitieren, wie beispielsweise beim Darstellen von Netzwerken vieler Neurone. Dadurch werden letztendlich Zeit- und Arbeitsaufwand für die Datenerfassung verringert.

Doppel-Fluoreszenz TIRF-SIM-Aufnahme des Wachstumskegels von NG108-Zellen, markiert mit Alexa Fluor ® 488 für F-Aktin (grün) und Alexa Fluor ® 555 für Mikrotubuli (orange)
Rekonstruierte Bildgröße: 2048 x 2048 Pixel (66 μm x 66 μm mit einem 100X-Objektiv)
Beispiel mit freundlicher Genehmigung von: Drs. Shizuha Ishiyama and Kaoru Katoh, The National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)


Verschiedene Beobachtungsmodi

TIRF-SIM / 2D-SIM-Modus

Im TIRF- und 2D-SIM Modus werden jeweils Super-Resolution 2D-Bilder mit hoher Geschwindigkeit und exzellentem Kontrast aufgenommen. Der TIRF-SIM-Modus verbindet den axialen Auflösungsgewinn der Total Internal Reflection Fluorescence (TIRF) Technik mit der doppelten lateralen Auflösung des 2D-SIM-Modus. Das ermöglicht z.B. über deckglasnahe Bereiche an der Zelloberfläche in vivo die Wechselwirkungen von Vesikeln und Cytoskelettelementen darzustellen.

TIRF-SIM-Bild

Konventionelles TIRF-Bild

Mit YFP markierte Plasmamembran von B16-Melanomzellen
Objektiv: CFI Apochromat TIRF 100x Öl (NA 1.49)
Die Aufnahme erfolgte unter der Mitwirkung von: Dr. Yasushi Okada, Laboratory for Cell Polarity Regulation, Quantitative Biology Center, RIKEN


3D-SIM-Modus

Der 3D-SIM-Modus erzeugt strukturierte Beleuchtungsmuster in drei Dimensionen, um eine zweifache Verbesserung sowohl der lateralen als auch der axialen Auflösung zu erzielen. Zwei Rekonstruktionmethoden - "slice" ("Schnittebene") und "stack" ("Stapel") - stehen zur Verfügung, um die Ergebnisse entsprechend den Gegebenheiten und Prioritäten bei der jeweiligen Anwendung zu optimieren (z. B. Probendicke, Geschwindigkeit der Prozesse usw.). Die "slice"-Rekonstruktion eignet sich für die Aufnahme relativ dünner, lebender Zellbereiche in einer bestimmten Fokusebene, wobei die axiale Ausdehnung der optischen Schnittebene bei 300 nm liegt. Die auf der Gustafsson-Theorie beruhende "stack"-Rekonstruktion eignet sich zur Erfassung von hochaufgelösten Volumendaten, da sie dickere Proben, z.B. Zellkerne mit höherem Kontrast als die "slice"-Rekonstruktion abbilden kann.

3D-SIM-Bild

Konventionelles Weitfeld-Bild

Bacillus subtilis Bakterium. Membranfärbung mit Nil Rot (rot) und Expression des Zellteilungsproteins DivIVA über GFP (grün). Mit dem Super-Resolution-Mikroskop gelingt die feine Lokalisation des Proteins während der Zellteilung.
Rekontruktionsmethode: "Schnittebene" ("slice")
Mit freundlicher Genehmigung: Drs. Henrik Strahl and Leendert Hamoen, Centre for Bacterial Cell Biology, Newcastle University

3D-SIM (Volumenansicht)

Breite: 26,16 μm, Höhe: 27,11 μm, Tiefe: 3,36 µm

3D-SIM (Maximum Projektion)

Maus Keratinozyte, indirekte Immunfärbung der Keratin Intermediärfilamente, markiert mit Alexa Fluor® 488 konjugiertem sekundären Antikörper.
Mit freundlicher Genehmigung: Dr. Reinhard Windorffer, RTWH Aachen.
Rekonstruktionsmethode: "Stapel" ("stack")

N-SIM S image
Z-Stapel mit 3D-SIM , 19 Schnittebenen, Z-Dimension: 2 μm

Konfokales Bild mit A1R und 0.4AU Dekonvolution
Z-Stapel, 19 Schritte, Z-Dimension: 2 μm

Präparat Information: Dendritische Dornen an einem Dendriten eines Neurons aus dem Hippocampus einer Maus mit GFP-Expression.

Mit freundlicher Genehmigung: Drs. Yutaro Kashiwagi and Shigeo Okabe, Department of Cellular Neurobiology, Graduate School of Medicine and Faculty of Medicine, The University of Tokyo.

Quantitative Analyse dendritischer Dornen am 3D-SIM Z-Bildstapel, 35 Z-Ebenen, axiale Dimension: 4,2 µm
Belichtungszeit 100 ms, 120 s Intervall.
Zeitraffer 11 Zyklen.
Anregungs-Wellenlänge 488 nm

Präparat Information: Dendritische Dornen, Neuron im Maus Hippocampus, GFP-Expression

Mit freundlicher Genehmigung: Drs. Yutaro Kashiwagi and Shigeo Okabe, Department of Cellular Neurobiology, Graduate School of Medicine and Faculty of Medicine, The University of Tokyo.


Simultane Zwei-Kanal-Bildaufnahmen

  • Möglichkeit

Die simultane zwei-Farb Bildaufnahme ist mit dem optionalen Doppel-Kamera Bildaufteiler* und zwei sCMOS-Kameras möglich.

* Hamamatsu Photonics K.K.

Sofort nach Wirkstoff-Zugabe 10 min danach
20 min danach 30 min danach

Wachstumskegel einer NG108 Zelle. Fascin (grün): GFP-Fascin, Aktin (rot): LifeAct-KO Objektiv: CFI SR HP Apochromat TIRF 100xC oil

Mit dem optionalen Doppel-Kamera Bildaufteiler wurden 2-Kanal Zeitrafferaufnahmen nach Zugabe eines Wirkstoffs aufgezeichnet. Über die Zeit erkennt man deutlich, dass das Fascin von den Aktinbündeln dissoziiert und das filamentöse Aktin seine Anordnung ändert. Die Ko-Lokalisation von Fascin und Aktin sowie die Dissoziation des Fascins erkennt man gut. Optische Aberrationen und Bild-Distortionen wurden auf weniger als 30 nm korrigiert.

Mit freundlicher Genehmigung: Dr. Minami Tanaka, Dr. Kaoru Katoh, Biomedical Research Institute Molecular Neurobiology Group, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology


Nahtloses Umschalten zwischen Imaging-Techniken bei Experimenten auf verschiedenen Vergrößerungs- und Auflösungsebenen

Ein N-SIM S Super-Resolution Mikroskop ist mit konfokaler Laser-Scanning-Mikroskopie mit dem A1 + direkt kombinierbar. Interessierende Bereiche können erst konfokal über ein relativ großes Gesichtsfeld (F.O.V.) und - nach Markierung des gewünschten Detailausschnitts - unmittelbar mit Super-Resolution dargestellt werden. Diese Kombinierbarkeit konfokaler mit Super-Resolution-Mikroskopie begünstigt Untersuchungen, bei denen die Detailinformation in Super-Resolution in den Kontext gesamter Ansichten von Zellen und Geweben zu setzen ist.

Konfokales Bild mit selektierter Region, die mit SIM aufgenommen werden soll

Das SIM-Bild


Objektive für Super-Resolution-Mikroskopie

Silikonöl-Immersionsobjektive

Mit diesen Objektiven wird hochviskoses Silikonöl als Immersionsmedium verwendet, das einen Brechungsindex hat, der dem von lebenden Zellen sehr nahe kommt. Aufgrund dieser verbesserten Kompatibilität der Brechungsindizes können diese Objektive mehr Photonen einsammeln und realisieren bessere Auflösung, insbesondere dann, wenn Super-Resolution Mikroskopie tiefer in der Probe durchgeführt wird. Die Silikonöl-Objektive weisen eine hervorragende chromatische Aberrationskorrektur und hohe Transmission über einen breiten Wellenlängenbereich auf.

CFI SR HP Plan Apochromat Lambda S 100XC Sil

Areal Hirnschnitt Maus markiert mit tdTomato exprimierenden Neuronen


Immersionsobjektive

Die Objektive der Serie SR werden mithilfe der Wellenfrontaberrations-Messtechnologie justiert und überprüft, um eine möglichst geringe asymmetrische Aberration und eine exzellente optische Qualität zu gewährleisten, die für die Super-Resolution Mikroskopie erforderlich ist. Die Objektive der Serie HP sind unempfindlich auch gegenüber relativ hohen Laserleistungen, und zeigen eine verbesserte Korrektur der chromatischen Längsaberration, wodurch die Objektive in beiden Super-Resolution-Systemen N-SIM S- und N-STORM benutzt werden können. Der Korrekturring der AC-Objektive kann mit dem motorisierten Autokorrekturring-Modul für das inverse Mikroskop Ti2-E einfach und präzise eingestellt werden.

CFI SR HP Apochromat TIRF 100XC Öl

CFI SR HP Apochromat TIRF 100XAC Öl


Trockenobjektive

Das Mikroskopieren mit N-SIM S ist kompatibel mit Trockenobjektiven und ermöglicht sowohl die Super-Resolution- als auch die konfokale Mikroskopie ohne Objektivwechsel. Die Trockenobjektive mit der relativ geringen Vergrößerung, aber dem größeren Gesichtsfeld ermöglichen hochauflösende Bildaufzeichnung sogar an der Peripherie von Gewebeproben.

* Trockenobjektive unterstützen 2D-SIM und 3D-SIM ("slice"-Rekonstruktion)