Lensfree On-chip tomografiska Mikroskopi Använda Multi-vinkel belysning och Pixel Super upplösning
Summary
Lensfree optisk tomografi är en tre-dimensionell mikroskopi teknik som erbjuder en rumslig upplösning på mindre än 1 m × <1 mikrometer × <3 im i x-, y-och z-mått, respektive, över ett stort imaging-volym 15-100 mm<sup> 3</sup>, Vilket kan vara särskilt användbart för integration med lab-on-a-chip plattformar.
Abstract
Tomografiska avbildning har varit ett vanligt verktyg inom medicinen som den kan ge tredimensionella (3D) strukturell information om objekt av olika storlek skalor. I mikrometer och millimeter skala, optisk mikroskopi formerna finner ökande användning på grund av den icke-joniserande natur synligt ljus, och tillgången till en rik uppsättning av belysning källor (såsom lasrar och lysdioder-dioder) och element detektion (t.ex. stora format CCD och CMOS-detektor-arrays). Bland de nyligen utvecklade optiska tomografiska mikroskopi modaliteter, kan man innefatta optisk koherens tomografi, optisk diffraktion tomografi, optisk projektion tomografi och ljus-arks-mikroskopi. 1-6 Dessa plattformar ger genomskärning avbildning av celler, mikroorganismer och djur modell som C. elegans, zebrafisk och embryon mus.
Befintliga 3D optiska kameror har i allmänhet relativt skrymmande och komplex arkitektur, vilket begränsar the tillgängligheten av dessa utrustningar till avancerade laboratorier, och hindrar deras integrering med lab-on-a-chip plattformar och mikroflödessystem chips. För att ge ett alternativ tomografiska mikroskop, utvecklade vi nyligen lensfree optisk tomografi (LOT) som en hög genomströmning, kompakt och kostnadseffektiv optisk tomografi modalitet. 7 LOT utkast användning av linser och skrymmande optiska komponenter, och i stället förlitar sig på multi-vinkel belysning och digital beräkning för att uppnå djup-löst avbildning av mikro-objekt över en stor avbildning volym. Mycket kan bilden biologiskt prov vid en spatial upplösning på <1 ^ m x <1 ^ m x <3 ^ m i x-, y-och z-dimension, respektive, över ett stort avbildningsvolymen av 15-100 mm 3 och kan vara särskilt användbara för lab-on-a-chip plattformar.
Protocol
Discussion
Det är viktigt att betona att den unika geometri lensfree on-chip holografisk mikroskopi är den kritiska möjliggörare för att nå pixel super-upplösning och tomografisk avbildning. Eftersom inspelade bilderna inte antas vara projektion bilder som i osammanhängande kontakt avbildning närmar 12, men projektion hologram, den diffraktion av ljus tills det träffar detektorn kan digitalt korrigeras genom holografisk rekonstruktion. Därför kan variationer i prov-till-sensor-avstånd redovisas. De…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Materials
| Name | Compay | Catalog # | Comment |
| Linear X-Y stages | Newport Corp. | MFA-PP | Miniature Linear Stage |
| Motorized rotation stage | Thorlabs | PRM1Z8 | Motorized Precision Rotation Mount |
| Multimode optical fiber | Thorlabs | AFS105/125Y | Multimode Fiber |
| Light source | Newport Corp. | 6255 | Ozone-free Xenon Lamp |
| Monochromator | Newport Corp. | 74100 | Cornerstone 260 1/4 m Monochromator |
| CMOS sensor array | Aptina Inc. | MT9P031STC | 5 Megapixels CMOS Sensor |
| C. elegans sample | Carolina Biosupply | 173500 | Wild-type C. elegans |
| Levamisole | Sigma Aldrich | L9756-5G | Tetramisole hydrochloride |
References
- Schmitt, J. M. Optical coherence tomography (OCT): a review, J. Sel. Top. Quant. Elect. 5, 1205-1215 (1999).
- Keller, P. J., Schmidt, A. D., Wittbrodt, J., Stelzer, E. H. K. Reconstruction of zebrafish early embryonic development by scanned light sheet microscopy. Science. 322, 1065-1069 (2008).
- Sharpe, J., Ahlgren, U., Perry, P., Hill, B., Ross, A., Hecksher-Sørensen, J., Baldock, R., Davidson, D. Optical Projection Tomography as a Tool for 3D Microscopy and Gene Expression Studies. Science. 296, 541-545 (2002).
- Sung, Y., Choi, W., Fang-Yen, C., Badizadegan, K., Dasari, R. R., Feld, M. S. Optical diffraction tomography for high resolution live cell imaging. Opt. Exp. 17, 266-277 (2009).
- Debailleul, M., Simon, B., Georges, V., Haeberle, O., Lauer, V. Holographic microscopy and diffractive microtomography of transparent samples. Meas. Sci. Technol. 19, 074009 (2008).
- Charrière, F., Pavillon, N., Colomb, T., Depeursinge, C., Heger, T. J., Mitchell, E. A. D., Marquet, P., Rappaz, B. Living specimen tomography by digital holographic microscopy: Morphometry of testate amoeba. Opt. Exp. 14, 7005-7013 (2006).
- Isikman, S. O., Bishara, W., Mavandadi, S., Yu, S. W., Feng, S., Lau, R., Ozcan, A. Lens-free optical tomographic microscope with a large imaging volume on a chip. Proc. Nat. Acad. Sci. 108, 7296-7301 (2011).
- Isikman, S. O., Bishara, W., Sikora, U., Yaglidere, O., Yeah, J., Ozcan, A. Field-portable Lensfree Tomographic Microscope. Lab Chip. 11, 2222-2230 (2011).
- Isikman, S. O., Bishara, W., Zhu, H., Ozcan, A. Optofluidic tomography on a chip. App. Phys. Lett. 98, 161109 (2011).
- Bishara, W., Su, T. W., Coskun, A., Ozcan, A. Lensfree on-chip microscopy over a wide field-of-view using pixel super-resolution. Opt. Exp. 18, 11181-11191 (2010).
- Messaoudi, C., Boudier, T., Sorzano, C. O. S., Marco, S. TomoJ: tomography software for three-dimensional reconstruction in transmission electron microscopy. BMC Bioinformatics. 8, 288 (2007).
- Heng, X., Erickson, D., Baugh, L. R., Yaqoob, Z., Sternberg, P. W., Psaltis, D., Yang, C. Optofluidic Microscopy: A Method for Implementing High Resolution Optical Microscope On A Chip. Lab on a Chip. 6, 1274-1276 (2006).
