Focus sur Super-résolution

Nikon Instruments Europe BV et toutes les filiales Nikon en Europe suivent de près la situation liée au COVID-19 (coronavirus) et appliquent les recommandations de chaque autorité sanitaire locale. En savoir plus sur les mesures mises en place.

 

Nikon se concentre sur la fourniture de technologies d'amélioration de la résolution adaptées à diverses applications.

Pendant des centaines d'années, la microscopie optique a été reléguée au régime limité par la diffraction, incapable de résoudre les détails inférieurs à environ 200 nm (en XY) et à 500 nm (en Z).  Cette limite a été brisée, entraînant un certain nombre de techniques et aboutissant au prix Nobel de chimie 2014 décerné à des pionniers de la microscopie à super-résolution.  Nous pouvons maintenant imaginer la résolution précédente deux fois supérieure grâce à la microscopie à illumination structurée (SIM) et une résolution environ 10 fois supérieure avec la microscopie de reconstruction optique stochastique (STORM).  La résolution améliorée est même extraite d'instruments confocaux en utilisant des valeurs de trou d'épingle et de déconvolution sous l'unité Airy. Nikon est fier de mettre sur le marché un certain nombre de technologies de super-résolution et s’attache à surmonter les nombreux défis uniques de son adoption réussie dans des systèmes expérimentaux difficiles.

Microscopie à éclairage structuré (SIM)

Une technologie de super-résolution conviviale facilement applicable à divers types d'échantillons.

La microscopie à illumination structurée de haute résolution (SIM) est une technique d'imagerie révolutionnaire permettant de doubler la résolution d'un microscope à champ large en 3D. L'éclairage structuré est réalisé avec une interférence de faisceau au niveau du plan d'échantillonnage, produisant un motif de diffraction limité et sinusoïdal de bandes claires-foncées. La fréquence spatiale unique présente dans le motif se mélange aux différentes fréquences spatiales constituant la structure de l'échantillon. En bref, les fréquences spatiales généralement en dehors de la bande passante du microscope peuvent être artificiellement modulées via un mélange de fréquences, permettant leur détection indirecte et leur restauration ultérieure en post-traitement. La carte SIM peut améliorer jusqu'à 2 fois la résolution optique d'un microscope à champ large typique en x, y et z.

  • Le nouveau système N-SIM S de Nikon utilise un modulateur spatial de lumière (SLM) pour la génération de motifs, débloquant des taux d’acquisition pouvant atteindre 15 images par seconde. L'augmentation du taux d'acquisition est particulièrement utile pour l'imagerie de cellules vivantes, mais réduit également le temps nécessaire à l'acquisition des empilements en Z et d'autres dimensions. Le N-SIM S est capable d'imagerie multicolore simultanée ou séquentielle, 3D-SIM, 2D-SIM et 2D TIRF SIM avec une variété d'objectifs et de types d'immersion.
  • Le système N-SIM E est une implantation de valeur du système N-SIM original, fournissant une imagerie 3D-SIM avec 3 longueurs d'onde laser en utilisant un seul réseau de diffraction.
  • En savoir plus sur l'imagerie de la lumière réfléchie de nanoparticules avec N-SIM dans notre note d'application.

Microscopie à reconstruction optique stochastique (STORM)

Une technique de super-résolution puissante pour pousser l'amélioration de la résolution optique à ses limites.

La microscopie de reconstruction optique stochastique (STORM) et des techniques similaires exploitent le concept de la localisation d'une molécule unique pour améliorer la résolution optique d'environ un facteur 10 par rapport à l'imagerie à champ large. Diverses techniques photochimiques existent pour "désactiver" la plupart des fluorophores marquant un échantillon donné. En "allumant" un petit nombre de fluorophores à la fois, les événements à émission unique peuvent être facilement identifiés, et leur position centrale est ajustée statistiquement à un voxel limité en sous-diffraction. Les utilisateurs peuvent s'attendre à une résolution d'environ 20 nm en XY et à 70 nm en Z. Notez que STORM est mis en œuvre conjointement avec des préparations d'échantillons et des systèmes tampons spécialisés pour induire une permutation .

  • Le système N-STORM 5.0 de Nikon est doté d'une routine d'empilement en z automatique basée sur notre système de mise au point parfaite (PFS) qui permet aux utilisateurs d'imager 5 et + μm de profondeur dans l'échantillon et avec un éclairage TIRF / oblique variable.
  • La nouvelle lentille à immersion en silicone 100x de Nikon (NA = 1,35) est conçue pour les expériences d'imagerie de cellule vivante STORM et d'autres molécules uniques afin de réaliser une correction supérieure de l'aberration sphérique dans les milieux aqueux. Également idéal pour l'imagerie d'échantillons plus épais et de spécimens vivants à l'aide de N-SIM S.
  • Le N-STORM 5.0 est compatible avec d'autres techniques de microscopie de localisation. Cliquez pour en savoir plus sur la réalisation d’expériences ADN-PAINT avec N-STORM.

Déconvolution pour la résolution améliorée (ER) des données confocales

Le module ER pour les microscopes confocaux du modèle Nikon A1 permet une imagerie proche de la super-résolution.

Bien que l,on sache depuis longtemps que l'analyse par déconvolution peut être utilisée pour améliorer la résolution signal-bruit et la résolution optique des données de microscopie confocale, ce n'est que récemment que cela est devenu pratique de le faire régulièrement. Il y a des années, la déconvolution d'ensembles de données, même modestes, nécessitait un traitement de nuit, empêchant une utilisation généralisée par des non-spécialistes. Les ordinateurs modernes, les algorithmes améliorés et l'accélération GPU ont considérablement réduit le temps nécessaire à la déconvolution, ce qui en fait un ajout simple à presque tous les flux de production d'images. Le module logiciel de résolution améliorée (ER) de Nikon fournit des algorithmes de déconvolution conçus pour les données confocales à balayage ponctuel et utilise des modèles de fonction de dispersion de points (PSF) spécialisés pour les objectifs de la série CFI de Nikon. Cliquez pour télécharger notre E-Book sur la microscopie confocale et de super-résolution et en apprendre davantage!

Objectifs à correction automatique

Les nouveaux objectifs comportent un alignement automatisé du collier de correction, essentiel pour corriger les aberrations sphériques dans les expériences de super-résolution sensibles.

L'aberration sphérique est l'une des aberrations optiques les plus courantes limitant les performances des microscopies de haute résolution. De nombreux objectifs comprennent un collier de correction pour corriger les aberrations sphériques causées par les variations d'épaisseur du verre de couverture et l'indice de réfraction du milieu de l'échantillon. Cependant, le réglage du collier de correction peut être fastidieux à effectuer (en particulier pour les échantillons multiples) et la position optimale est difficile à identifier en toute confiance. La série d'objectifs de correction automatique (ACC) de Nikon pour la microscopie de super-résolution assure le plus haut degré de correction d'aberration sphérique pour votre échantillon en combinaison avec une routine de réglage automatique dans le logiciel

NIS-Elements. Les objectifs ACC peuvent être utilisés pour optimiser les performances de résolution de tout système, avec des versions disponibles pour nos huiles 100 x HP Apo TIRF, 100 x SR Apo TIRF et 60 x SR Plan Apo.

Stabilité exceptionnelle pour la super résolution

Le microscope inversé motorisé Eclipse Ti2-E, doté de la technologie Perfect Focus, est une plate-forme optimisée pour l'imagerie de haute résolution.

Tirer pleinement profit de la super-résolution n'est pas possible sans assurer la stabilité maximale du système. Un faible degré de dérive focale, normalement imperceptible avec les techniques traditionnelles, pourrait suffire à compromettre la collecte de données de super-résolution. La plate-forme de microscope de recherche inversée Ti2-E comprend un tout nouveau mécanisme de mise au point Z basé sur une came qui élimine la dérive XY pour fournir une plate-forme ultra-stable pour les applications exigeantes. Le Ti2-E intègre également la dernière génération de système de mise au point parfaite (PFS4) de Nikon, la technologie de pointe de verrouillage de mise au point. En utilisant un encodeur linéaire et un mécanisme de retour rapide, le PFS4 corrige les dérives de mise au point causées par les changements de température et les vibrations mécaniques. La nouvelle conception modulaire de PFS4 sépare la partie de détecteur de la tourelle pour réduire la charge sur l'entraînement en Z et la production de chaleur a été pratiquement éliminée pour fournir un environnement d'imagerie incroyablement stable.