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Sistema di microscopia a super risoluzione

Raddoppio del limite di risoluzione convenzionale per imaging time-lapse di cellule vive.

Il microscopio a Super Risoluzione N-SIM utilizza un esclusivo sistema di illuminazione strutturato ad alta velocità per raggiungere velocità di acquisizione fino a 15 fps, permettendo  di catturare processi biologici veloci al doppio della risoluzione spaziale dei microscopi ottici convenzionali (fino a 115nm in XY) . La combinazione di N-SIM S e di un microscopio confocale offre la flessibilità di selezionare una posizione nell'immagine confocale e passare alla super risoluzione per visualizzare la parte desiderata della posizione nei minimi dettagli.

Download Super-Resolution Brochure (15.87MB)


Caratteristiche principali

Imaging a super risoluzione ad alta velocità a 15 fps

Il nuovo sistema di illuminazione strutturata ad alta velocità di Nikon utilizza una nuova tecnologia di modulazione del pattern per generare una commutazione rapida e precisa dei pattern di illuminazione. N-SIM S raggiunge velocità di acquisizione incredibili (fino a 15 fps*), consentendo l'imaging time-lapse a super-risoluzione di cellule vive e dinamiche intracellulari.

* modalità 2 D-SIM, 512 x 512 pixel, tempo di esposizione 2 msec

Endosomi di una cellula COS7 marcata con YFP. Il movimento rapido degli endosomi viene catturato ad alta risoluzione. Questo video mostra un confronto con un'immagine ad ampio campo visivo. 
Velocità di acquisizione dell'immagine: 6 fps 
 Modalità di imaging: 3D-SIM Immagine per gentile concessione di: Yasushi Okada, MD, Ph.D., Dipartimento di Fisica, Scuola di specializzazione, Università di Tokyo

Cono di crescita di una cellula NG108 marcata F-actina marcata con GFP-Lifeact. La formazione di una rete di actina viene catturata ad alta velocità. Questo video mostra un confronto con un'immagine ad ampio campo visivo.
Velocità di acquisizione dell'immagine: 10 fps
Modalità di imaging: TIRF-SIM
Immagine per gentile concessione di: Drs. Minami Tanaka e Kaoru Katoh, Istituto nazionale di scienza e Tecnologia Industriali Avanzate (AIST)

Cellula HeLa che esprime istone H2B-GFP. Visualizzazione di piccoli movimenti dei domini della cromatina in diverse localizzazioni. Questo video mostra un confronto con un'immagine ad ampio campo visivo.
Velocità di acquisizione dell'immagine: 3,9 fps
Modalità di imaging: 3D-SIM
Immagine per gentile concessione di: Yuko Sato, Ph.D. e Hiroshi Kimura, Ph.D., Cell Biology Center, Institute of Innovative Research, Tokyo Institute of Technology

ER di una cellula COS7 marcato con SGFP2-sec61b. Possono essere visualizzati i piccoli movimenti dei reticoli endoplasmatici. Questo video mostra un confronto con un'immagine ad ampio campo visivo.
Velocità di acquisizione dell'immagine: 3,9 fps
Modalità di imaging: 3D-SIM
Immagine gentilmente concessa da: Ikuo Wada, Ph.D., Dipartimento di Scienze Cellulari, Istituto di Scienze Biomediche, Fukushima Medical University, Drs. Shizuha Ishiyama e Kaoru Katoh, Istituto nazionale di scienza e tecnologia industriali avanzate (AIST)


Imaging di cellule vive con il doppio della risoluzione rispetto ai microscopi ottici convenzionali

N-SIM S utilizza l'approccio innovativo di Nikon alla tecnologia di Microscopia a Illuminazione Strutturata. Associando questa potente tecnologia con i famosi obiettivi Nikon, che raggiungono un'apertura numerica impareggiabile di 1,49, la N-SIM S quasi raddoppia (a circa 115 nm *) la risoluzione spaziale dei microscopi ottici convenzionali, consentendo una visualizzazione dettagliata delle strutture intracellulari minute e le loro interazioni.

* Questo valore è la misura FWHM di sfere da 100 nm eccitate con un laser a 488 nm in modalità 3D-SIM. Nella modalità TIRF-SIM, si ottengono 86 nm utilizzando sfere da 40 nm eccitate con un laser a 488 nm.

Immagine a Super-risoluzione (3D-SIM)

Immagine ad ampio campo convenzionale

Microtubuli in cellule di melanoma B16 marcati con YFP
Obiettivo: CFI Apochromat TIRF 100XC Oil (NA 1.49)
Velocità di cattura immagine: approssimativamente 1,8 sec/frame (filmato)
Metodo di ricostruzione: Slice
Fotografato con la collaborazione di: Dr. Yasushi Okada, Laboratorio per la Regolazione della Polarità Cellulare, Centro di biologia quantitativa, RIKEN

Immagine a Super-isoluzione (3D-SIM)

Immagine ad ampio campo convenzionale

Reticolo endoplasmico (ER) marcato con GFP in cellula HeLa viva
Obiettivo: CFI Apochromat TIRF 100XC Oil (NA 1.49)
Velocità di cattura immagine: approssimativamente 1,5 sec/frame (filmato)
Metodo di ricostruzione: Slice
Fotografato con la collaborazione di: Dr. Ikuo Wada, Istituto di Scienze Biomediche, Fukushima Medical University School of Medicine


Passaggio automatico tra le modalità di illuminazione

La tecnologia di illuminazione strutturata ad alta velocità di recente sviluppo non solo consente velocità di acquisizione elevate ma anche il passaggio automatico tra le modalità di illuminazione e l'ottimizzazione automatizzata di schemi di illuminazione strutturati per diverse lunghezze d'onda e ingrandimenti. L’ampiamento dell’automazione consente l'imaging veloce TIRF-SIM a 2 colori e il multiplexing di diverse modalità SIM. N-SIM S offre flussi di lavoro semplificati e facili da usare, sia per esperimenti di imaging mono che multi-modale.


Acquisizione di campi di vista più ampi

N-SIM S può acquisire immagini in super-risoluzione per un ampio campo visivo di 66 μm quadrati. Questa area di imaging più ampia consente un rendimento molto elevato per applicazioni/campioni che beneficiano di campi visivi più ampi, come i neuroni, riducendo la quantità di tempo e sforzo necessari per ottenere i dati.

Immagine TIRF-SIM a due colori del cono di crescita delle cellule NG108 marcata con Alexa Fluor®488 per F-actina (verde) e Alexa Fluor®555 per microtubuli (arancione)
Dimensioni dell'immagine ricostruita: 2048 x 2048 pixel (66 μm x 66 μm con obiettivo 100X)
Campione cortesia di: Drs. Shizuha Ishiyama e Kaoru Katoh, Istituto nazionale di scienza e tecnologia industriali avanzate (AIST)


Varie modalità di osservazione

Modalità TIRF-SIM/2D-SIM

Questa modalità cattura immagini 2D in super-risoluzione ad alta velocità con un contrasto incredibile. La modalità TIRF-SIM consente l'osservazione a fluorescenza riflessa interna totale a una risoluzione doppia dei microscopi TIRF convenzionali, facilitando una maggiore comprensione delle interazioni molecolari sulla superficie cellulare.

Immagine TIRF-SIM

Immagine TIRF convenzionale

Membrana plasmatica di cellule di melanoma B16 marcate con YFP
Obbiettivo: CFI Apochromat TIRF 100XC Oil (NA 1.49)
Fotografato con la collaborazione di: Dr. Yasushi Okada, Laboratorio per la regolazione della polarità cellulare, Centro di biologia quantitativa, RIKEN


Modalità 3D-SIM

La modalità 3D-SIM genera schemi di illuminazione strutturati in tre dimensioni per offrire un duplice miglioramento nelle risoluzioni assiali e laterali. Sono disponibili due metodi di ricostruzione ("slice" e "stack") per ottimizzare i risultati in base ai requisiti dell'applicazione (ad esempio spessore del campione, velocità, ecc.). La ricostruzione “slice” è adatta per l'imaging a profondità specifiche di cellule vive, in quanto consente l'imaging assiale in super risoluzione con sezionamento ottico a una risoluzione di 300 nm. La ricostruzione “stack”, basata sulla teoria di Gustafsson, è adatta per l'acquisizione di dati di volume in quanto può visualizzare campioni più spessi con un contrasto maggiore rispetto alla ricostruzione “slice”.

Immagine 3D-SIM

Immagine ad ampio campo convenzionale

Batterio Bacillus subtilis marcato con colorante di membrana Nile Red (rosso), che esprime la proteina della divisione cellulare DivIVA in fusione con GFP (verde).
Il microscopio a super-risoluzione permette una localizzazione accurata della proteina durante la divisione.
Metodo di ricostruzione: slice
Foto per gentile concessione di: Drs. Henrik Strahl e Leendert Hamoen, Centro di Biologia Cellulare Batterica, Università di Newcastle

3D-SIM (vista volume)

Larghezza: 26,16μm, Altezza: 27,11μm, Profondità: 3,36 μm

3D-SIM (proiezione massima)

Cheratinociti di topo con filamenti intermedi cheratinici immunomarcati indirettamente e visualizzati con anticorpi secondari coniugati Alexa Fluor® 488.
Metodo di ricostruzione: stack
Foto per gentile concessione di: Dr. Reinhard Windoffer, RWTH Aachen University

N-SIM S image
Z-stack of 3D-SIM ,19 stps, Z range: 2 μm

Confocal A1R image with 0.4AU Deconvolution
Z-stack ,19 stps, Z range: 2 μm

Sample information: Dendritic spine in mouse hippocampal neuron expressing GFP

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

Quantitative spine analysis with Z-stack of 3D-SIM, 35 stps, Z range: 4.2 um
Exposure time 100 msec, 120 sec interval
Time-lapse of 11 times
Excitation wavelength 488 nm

Sample information: Dendritic spine in mouse hippocampal neuron expressing GFP

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


Imaging simultaneo a due canali

  • opzione

L'imaging simultaneo a due colori è possibile grazie all'utilizzo di un Adattatore di Aquisizione per due Telecamere opzionale * e di due fotocamere sCMOS.

* Hamamatsu Photonics K.K.

Immediately before drug application 10 minutes after
20 minutes after 30 minutes after

Growth cone of NG108 cells.  Fascin (green): GFP-Fascin, Actin (red): LifeAct-KO  Objective Lens : CFI SR HP Apochromat TIRF 100xC oil

Using image splitting optical system, dual color time-lapse images were captured after application of drug solution. The time course was recorded that fascin was dissociated from the actin bundles and filamentous actin changed their pattern. Co-localization of fascin and actin and dissociation of fascin were well demonstrated. Optic aberrations and image distortion were adjusted to be less than 30 nm.

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


Passaggio senza interruzioni tra le modalità di imaging per esperimenti su più scale

Il N-SIM S può essere combinata simultaneamente con un microscopio confocale come A1 +. Una posizione desiderata in un campione può essere specificata in un'immagine confocale a basso ingrandimento/grande FOV e acquisita in super-risoluzione semplicemente cambiando il metodo di imaging. La combinazione di un microscopio confocale con un sistema a super risoluzione può fornire un metodo per ottenere viste contestuali più ampie di informazioni in super risoluzione.

Selezionare la posizione per acquisire un'immagine SIM in un'immagine confocale

Acquisizione di immagine SIM della posizione selezionata


Obiettivi per microscopi a super risoluzione

Obiettivi a immersione in silicone

Gli obiettivi di immersione in silicone utilizzano come liquido di immersione un olio di silicone ad alta viscosità con un indice di rifrazione vicino a quello delle cellule vive. Grazie a questa migliore compatibilità dell'indice di rifrazione, questi obiettivi possono fornire una migliore capacità e risoluzione della raccolta di fotoni quando si esegue l'imaging a super-risoluzione più in profondità nel campione. Presentano una correzione dell'aberrazione cromatica superiore e un'elevata trasmissione su un'ampia gamma di lunghezze d'onda.

CFI SR HP Plan Apochromat Lambda S 100XC Sil

Sezione del cervello di topo marcato con neuroni che esprimono td-Tomato


Obiettivi a immersione

Gli obiettivi della serie SR sono allineati e ispezionati utilizzando la tecnologia di misurazione dell'aberrazione del fronte d'onda per garantire l'aberrazione asimmetrica più bassa possibile e le prestazioni ottiche superiori richieste per l'imaging a super-risoluzione. Gli obiettivi del modello HP garantiscono una durabilità dell'eccitazione laser ad elevatissima potenza e una correzione dell'aberrazione cromatica assiale migliorata, eliminando la necessità di cambiare obiettivo tra i sistemi N-SIM S e N-STORM. Gli obiettivi di tipo AC che supportano il Collare di Correzione Automatica del microscopio Ti2-E consentono una regolazione precisa e semplice del collare di correzione.

CFI SR HP Apochromat TIRF 100XC Olio

CFI SR HP Apochromat TIRF 100XAC Olio


Obiettivi a secco

N-SIM S è compatibile con obiettivi a secco, rendendo disponibili sia l'imaging a super-risoluzione che l'imaging confocale senza bisogno di cambiare lenti. Obiettivi a secco ad ampio campo visivo e a basso ingrandimento consentono un'osservazione ad alta risoluzione anche alla periferia dei tessuti campione.

* Gli obiettivi a secco supportano 2D-SIM e 3D-SIM (ricostruzione slice)