Lensless fluorescentie microscopie op een chip
Summary
Een lensless on-chip fluorescentie microscopie platform is aangetoond dat kan afbeelding fluorescerende voorwerpen over een ultra-breed-of-view van bijvoorbeeld,> 0,6-8 cm2 met <4μm resolutie met behulp van een steekproef op basis van compressie-algoritme decodering. Zo'n compacte en wide-field fluorescerende on-chip beeldvormende modaliteit kan waardevol zijn voor high-throughput cytometrie, zeldzame-cel onderzoek en microarray-analyse.
Abstract
On-chip lensless beeldvorming in het algemeen gericht op omvangrijke lens geïntegreerde optische microscopen te vervangen door eenvoudiger en meer compacte ontwerpen, vooral voor high-throughput screening toepassingen. Deze opkomende technologie platform heeft het potentieel om de noodzaak van omvangrijke en / of kostbare optische elementen met de hulp van nieuwe theorieën en digitale reconstructie algoritmen te elimineren. In dezelfde lijn, hier tonen we aan een on-chip fluorescentie microscopie modaliteit die bijvoorbeeld <4μm ruimtelijke resolutie over een ultra-breed-of-view (FOV) van> kan 0,6-8 cm 2 te bereiken zonder het gebruik van de lenzen , mechanische-scanning of dunne-film gebaseerd interferentie filters. In deze techniek wordt fluorescerende excitatie bereikt door middel van een prisma of bolrond-glas-interface verlicht door een onsamenhangend bron. Na interactie met het hele object volume, wordt deze excitatie licht verworpen door het totaal-interne-reflectie (TIR) proces dat plaatsvindt aan de onderkant van het monster micro-vloeibare chip. De fluorescentie-emissie van de aangeslagen voorwerpen wordt dan verzameld door een fiber-optische voorpaneel of een taper en wordt geleverd aan een opto-elektronische sensor array, zoals een charge-coupled-device (CCD). Door het gebruik van een compressie-sampling gebaseerde decodering algoritme, de verworven lensfree ruwe fluorescerende beelden van het monster snel kan worden verwerkt tot bijvoorbeeld opbrengst, <4μm resolutie over een beeldhoek van> 0,6 tot 8 cm 2. Bovendien, verticaal gestapeld micro-kanalen die worden gescheiden door bijvoorbeeld, kan 50 tot 100 micrometer ook met succes worden afgebeeld met dezelfde lensfree on-chip microscopie platform, dat een verdere stijging van de totale doorvoer van deze modaliteit. Deze compacte on-chip fluorescerende beeldvorming platform, met een snelle druk-decoder achter de rug, kan nogal waardevol zijn voor high-throughput cytometrie, zeldzame-cel onderzoek en microarray-analyse.
Protocol
Discussion
Hebben we laten zien een on-chip fluorescentie microscopie platform dat bijvoorbeeld kan bereiken <4μm ruimtelijke resolutie dan bv> 0,6-8 cm 2 veld-of-view zonder het gebruik van de lenzen, mechanische-scanning of dunne-film-interferentie-filters. In deze techniek, met het gebruik van een glasvezel-voorpaneel of een taper, is de tl-emissie van de voorwerpen die verzameld werden met een 2D-array van de glasvezel-kabels alvorens te worden geleverd aan een opto-elektronische sensor-array, zoals een CCD /…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
A. Ozcan zeer erkentelijk voor de steun van de NSF CAREER Award, de ONR Young Investigator Award 2009 en New Innovator van de NIH directeur Award DP2OD006427 van het Bureau van de directeur, NIH. De auteurs ook de steun van de Bill & Melinda Gates Foundation, Vodafone Amerika Foundation, en NSF BiSH programma (onder Awards # 0754880 en 0930501).
Materials
| Material Name | Company | Catalogue number |
|---|---|---|
| Charge-coupled device(CCD) | KODAK | KAF-8300 |
| Charge-coupled device(CCD) | KODAK | KAF-11002 |
| Charge-coupled device(CCD) | KODAK | KAF-39000 |
| Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS) | Micron | MT9T031C12STCD |
| High power LED light source | Thorlabs | M455L2-C2 |
| High power LED driver | Thorlabs | LEDD1B |
| Fiber coupled LED light source | Mightex | FCS-0625-000 |
| Vacuum Pen | Edmund Optics | NT57-636 |
| 2, 4, 10 μm Fluospheres | Invitrogen | F-8826, F-8859, F-8836 |
| RBS lysis buffer 1X | eBioscience | 00-4333 |
| SYTO 16 labeling reagent | Invitrogen | S7578 |
| Fiber-optic faceplate | Edmund Optics | NT55-142 |
| Fiber-optic taper | Edmund Optics | NT55-134 |
| Prisms | Edmund Optics | NT47-626, NT45-403 |
| Filters | Edmund Optics | NT39-417 |
| PDMS Elastomers | Dow Corning | Slygard 184 |
Referencias
- Coskun, A. F., Su, T., Ozcan, A. Wide field-of-view lens-free fluorescent imaging on a chip. Lab Chip. 10, 824-824 (2010).
- Coskun, A. F., Sencan, I., Su, T., Ozcan, A. Lensless wide-field fluorescent imaging on a chip using compressive decoding of sparse objects. Opt. Express. 18, 10510-10523 (2010).
- Coskun, A. F., Sencan, I., Su, T., Ozcan, A. Lensfree Fluorescent On-Chip Imaging of Transgenic Caenorhabditis elegans Over an Ultra-Wide Field-of-View. PLoS ONE. 6, e15955-e15955 (2011).
- Coskun, A. F., Sencan, I., Su, T., Ozcan, A. Wide-field lensless fluorescent microscopy using a tapered fiber-optic faceplate on a chip. Analyst. , (2011).
- Seo, S. High-Throughput Lens-Free Blood Analysis on a Chip. Analytical Chemistry. 82, 4621-4627 (2010).
- Mudanyali, O. Compact, light-weight and cost-effective microscope based on lensless incoherent holography for telemedicine applications. Lab Chip. 10, 1417-1417 (2010).
- Tseng, D. Lensfree microscopy on a cellphone. Lab Chip. 10, 1787-1787 (2010).
- Lucy, L. B. An iterative technique for the rectification of observed distributions. The Astronomical Journal. 79, 745-745 (1974).
- Richardson, W. H. Bayesian-Based Iterative Method of Image Restoration. J. Opt. Soc. Am. 62, 55-59 (1972).
- Biggs, D. S. C., Andrews, M. Acceleration of iterative image restoration algorithms. Appl. Opt. 36, 1766-1775 (1997).
- Candes, E., Wakin, M. An Introduction To Compressive Sampling. Signal Processing Magazine, IEEE. 25, 21-30 (2008).
- Kim, S., Koh, K., Lustig, M., Boyd, S., Gorinevsky, D. An Interior-Point Method for Large-Scale L1-Regularized Least Squares. Selected Topics in Signal Processing, IEEE. 1, 606-617 (2007).
- Candes, E. The restricted isometry property and its implications for compressed sensing. Comptes Rendus Mathematique. 346, 589-592 (2008).
- Baraniuk, R. Compressive Sensing [Lecture Notes]. Signal Processing Magazine, IEEE. 24, 118-121 (2007).
- Romberg, J. Imaging via Compressive Sampling. Signal Processing Magazine, IEEE. 25, 14-20 (2008).
