Lensfree On-chip tomografiske Microscopy Under anvendelse af Multi-vinkel belysning og Pixel Super-resolution
Summary
Lensfree optisk tomografi er en tredimensional mikroskopi teknik, som giver en rumlig opløsning på under 1 um x <1 um x <3 um x, y og z dimensioner henholdsvis over et stort billeddannelse-volumen fra 15 til 100 mm<sup> 3</sup>, Som kan være særligt nyttige til integration med lab-on-en-chip platforme.
Abstract
Tomografisk scanning har været et almindeligt anvendte værktøj i medicin som kan tilvejebringe tredimensionale (3D) strukturel information om genstande af forskellig størrelse skalaer. I mikrometer og millimeter skalaer, finde optisk mikroskopi modaliteter stigende brug på grund af ikke-ioniserende karakter af synligt lys, og tilgængeligheden af en bred vifte af belysning kilder (såsom lasere og lysemitterende-dioder) og påvisning elementer (såsom stort format CCD og CMOS-detektor-arrays). Blandt de nyligt udviklede optiske tomografiske mikroskopi nærmere, kan man inkludere optisk kohærens tomografi, optisk diffraktion tomografi, optisk projektion tomografi og lys-ark mikroskopi. 1-6 Disse platforme giver i snit billeddannelse af celler, mikroorganismer og model dyr, såsom C. elegans, zebrafisk og musefostre.
Eksisterende 3D optiske kameraer har generelt forholdsvis klodsede og kompleks arkitektur, hvilket begrænser the tilgængeligheden af disse udstyr til avancerede laboratorier, og hæmmer deres integration med lab-on-a-chip platforme og mikrofluid chips. At give et alternativ tomografisk mikroskop, vi for nylig udviklet lensfree optisk tomografi (LOT) som en high-throughput, kompakt og omkostningseffektiv optisk tomografi modalitet. 7 LOT udsmid brugen af linser og voluminøse optiske komponenter, og i stedet bygger på multi-vinkel belysning og digital beregning for at opnå dybde løst billeder af mikro-objekter over en stor billedbehandling volumen. Meget kan billedet biologisk prøve med en rumlig opløsning på under 1 um x <1 um x <3 um i x, y og z dimensioner, henholdsvis over et stort billeddannelse mængde fra 15 til 100 mm3, og kan være særligt nyttige til lab-on-a-chip platforme.
Protocol
Discussion
Det er vigtigt at understrege, at den unikke geometri lensfree on-chip holografisk mikroskopi er den kritiske enabler for at opnå pixel super-opløsning og tomografisk billeddannelse. Da de optagede billeder ikke antages at være projektion billeder som i usammenhængende kontakt billedbehandling nærmer sig 12, men projektion hologrammer og diffraktion af det transmitterede lys, indtil den rammer detektoren kan digitalt korrigeres ved holografisk genopbygning. Derfor kan variationer i prøve-til-se…
Disclosures
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).
