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超解像顕微鏡

N-SIM

従来の光学顕微鏡の約2倍の解像力

N-SIMは、構造化照明顕微鏡法(Structured Illumination Microscopy)を採用した超解像顕微鏡です。画期的なイメージング法とCFI SRアポクロマートTIRF 100XAC Oil 対物レンズ(NA=1.49)など、ニコンの高度な光学技術との組み合わせにより、空間分解能を従来の光学顕微鏡の約2倍(115nm*)まで向上させ、生細胞内の微細構造や物質の動きの超解像による可視化を実現しました。

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    直径100nmのビーズを3D-SIMモードで488nmレーザー励起した場合の半値幅。TIRF-SIMモードでは直径40nmのビーズを用いた488nmレーザー励起で86nmを達成。

N-SIM画像 (3D-SIM)

従来の光学顕微鏡画像

YFPで標識したB16腫瘍細胞の微小管
対物レンズ:CFI アポクロマートTIRF 100XC Oil (NA1.49)
取得時間:約1.8秒/枚(動画)
画像構築方式:スライス
撮影ご協力:国立研究開発法人理化学研究所 生命システム研究センター細胞極性統御研究チーム 岡田康志先生

N-SIM画像 (3D-SIM)

従来の光学顕微鏡画像

GFPで標識したHeLa生細胞の小胞体
対物レンズ: CFI アポクロマートTIRF 100XC Oil (NA1.49)
取得時間: 約1.5秒/枚(動画)
画像構築方式:スライス
撮影ご協力: 福島県立医科大学医学部附属生体情報伝達研究所 和田郁夫先生

超解像画像を、わずか0.6秒/枚で手軽に取得

超解像顕微鏡としては高速の0.6秒/枚のスピードで、連続画像取得が可能。生きた細胞や組織内のリアルな変化を追跡することができます(TIRF-SIM/2D-SIMモードで最速の場合。3D-SIM(スライス画像構築)の場合も最速1秒程度の高速で取得可能)。

Mito-Tracker redで標識したミトコンドリア。生細胞超解像観察により、従来の2倍の解像度でミトコンドリアの動的挙動が解明され、内部のクリステまで鮮明に観察できます。
モード:3D-SIM(スライス画像構築)
対物レンズ:CFI アポクロマートTIRF 100XC Oil (NA1.49)
取得時間間隔:約1秒(動画)

広視野の超解像画像を取得

従来の撮像サイズの4倍の広視野(66µm×66µm)で、超解像画像取得が可能になりました。神経細胞をはじめとする、広い領域の画像取得が必要なサンプルやアプリケーションのスループットが大幅に向上し、一度により多くの情報を捉えることができます。

再構築画像サイズ:1024 x 1024画素(33 μm×33μm:100X対物レンズ使用時)

再構築画像サイズ:2048 x 2048画素(66 μm×66μm:100X対物レンズ使用時)

TRITC-phalloidinでF-アクチン(オレンジ)を、Alexa Fluor® 488で微小管(緑)を標識したNG108細胞の成長円錐
撮影ご協力:国立研究開発法人産業技術総合研究所(AIST)バイオメディカル研究部門 石山静葉先生、加藤薫先生

2D/3D/TIRF、多彩なモードでの超解像観察を1台で実現

TIRF-SIM/2D-SIMモード

超解像2次元画像を高速で取得します。TIRF-SIM モードは従来のTIRF顕微鏡より高い分解能での全反射照明蛍光観察が可能で、細胞膜近傍のより詳細な構造が観察できます。

再構築画像サイズ:1024 x 1024画素
(33 μm×33μm:100X対物レンズ使用時)

従来再構築画像サイズ:2048 x 2048画素
(66 μm×66μm:100X対物レンズ使用時)

YFPで標識したB16腫瘍細胞の形質膜
撮影ご協力:国立研究開発法人理化学研究所生命システム研究センター 細胞極性統御研究チーム 岡田康志先生

3D-SIMモード

2つの画像構築方式をご用意。スライス画像構築では、Z軸方向の超解像イメージングにより、光学切片厚269nmのセクショニング画像が生成できます。スタック画像構築では、スライス画像構築よりも厚さのあるサンプルを、より高いコントラストでイメージング可能です。

N-SIM画像 (3D-SIM)

従来の光学顕微鏡画像

膜色素Nile Red(赤)で染色し、GFP(緑)と融合した細胞分裂タンパク質DivIVAを発現した枯草菌バクテリア
N-SIMにより、細胞分裂中のタンパク質の局在を正確に可視化できます。
画像構築方式:スライス
撮影ご協力:Drs. Henrik Strahl and Leendert Hamoen, Centre for Bacterial Cell Biology, Newcastle University

3D-SIM(Volume view)

3D-SIM(Maximum Intensity projection)

抗ケラチン中間径フィラメント抗体で標識し、Alexa Fluor® 488標識二次抗体で染色したマウスのケラチン生成細胞
画像構築方式:スタック
撮影ご協力:Dr. Reinhard Windoffer, RWTH Aachen University

共焦点観察と超解像観察を簡単切替え

一台の顕微鏡にN-SIMと共焦点顕微鏡A1+/A1R+を搭載し、2つのシステムを簡単に切り替えて使用することが可能です。共焦点画像上でSIM画像の位置を指定し、超解像観察に切り替えて画像取得できます。

共焦点顕微鏡と超解像顕微鏡の相互観察例。広い視野を共焦点顕微鏡で観察し、より詳細に解析したい領域はN-SIMで超解像観察が可能です。
チューブリンをAlexa Fluor® 488で、アクチンをAlexa Fluor® 568で染色。
共焦点観察:A1 1X zoom、超解像観察:N-SIM(3D-SIM)
撮影ご協力:国立研究開発法人産業技術総合研究所(AIST)バイオメディカル研究部門 脳遺伝子研究グループ 加藤薫先生

2波長同時超解像イメージングにも対応

Two Camera Imaging Adapter(N-SIM専用)

オプションのTwo Camera Imaging Adapter*を介して2台のEMCCD/sCMOSカメラを顕微鏡に搭載することが可能です。488nmと561nmの励起光による超解像画像を2波長同時に取得できます。

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    製造元:アンドール・テクノロジーLtd.

アクチン線維(緑)にGFP-LifeActを、微小管(赤)にmCherry-tubulinを発現した、NG108細胞の成長円錐。
撮影ご協力:国立研究開発法人産業技術総合研究所(AIST)バイオメディカル研究部門 脳遺伝子研究グループ 加藤薫先生

構造化照明顕微鏡法(Structured Illumination Microscopy)の原理

ストライプ状照明から生まれるモアレ縞を読み取り、画像処理で構造を復元

既知の高空間周波数のパターン照明を照射することによって、微細構造の超解像情報が「モアレ縞」として取得できる。

ある特定の濃淡パターンで照明することを「構造化照明」といい、標本の微細構造の上にストライプ状の照明パターンを重ねると、モアレと呼ばれる粗い縞が現れます。モアレには標本の細かい構造の情報が変調されて含まれているため、モアレを撮像して、画像演算によって元の構造を復元することで、顕微鏡の分解能を超えた細かい構造もイメージング可能になります。これが、構造化照明顕微鏡法です。

複数画像からの超解像画像構築

構造化照明で得られたモアレ画像には、サンプル内の微細構造の情報が含まれています。
構造化照明された1枚の取得画像では情報が不足するため、位相と方向を変えて複数枚の画像を取得したのち、得られたモアレ縞から画像演算により微細構造を抽出して、従来の約2倍の解像度の超解像画像を構築します。

高周波ストライプ状照明を利用して、約2倍に解像力を向上

顕微鏡の解像力を上げるには、広がり角の大きな回折光を顕微鏡に取り込む必要がありますが、実際に取り込める角度は対物レンズのNAで制限されるため、対物レンズのNAよりも大きな広がり角を持つ、標本の微細構造からの回折光を取り込むことは不可能でした。(図A)
ところが、標本に構造化照明を施すと、対物レンズのNAよりも大きな広がり角をもつ標本からの回折光を対物レンズで取り込める角度に変換することができます(図B)。そのときに生じるモアレパターンを利用することにより、あたかもNAが2倍になったかのような解像力が得られます(図C)。

図A:NAで解像力が制限される

図B:構造化照明により、大きな角度の光束を回折させ、NAで取り込める角度に変換

図C:あたかも2倍のNAを持つ対物レンズで取得したかのような画像を取得

超解像顕微鏡に最適な対物レンズ

シリコーン浸対物レンズ

屈折率が生細胞に近いシリコーンオイル(ne≒1.40)を浸液に使用することで、標本である細胞(ne≒1.38)との屈折率の差による球面収差を低減し、表面からの深部まで高解像度の多色3次元観察が可能です。高い粘性により、長時間のタイムラプス観察にも最適です。幅広い波長領域における優れた色収差補正と高い透過率を実現しています。

CFI SR HP プランアポクロマート Lambda S 100XC Sil

イマージョン対物レンズ

SR対物レンズは、超解像顕微鏡に最適化した光学性能を実現。レンズ偏心誤差を低減させることで、理想的な対物レンズに極限まで近づけました。SR HP対物レンズは、優れた超解像性能に加え、高出力レーザーに対する耐性と徹底した軸上色収差補正を達成。N-STORMとの同時搭載システムにおいても、対物レンズの切替えが不要です。

CFI SR HP アポクロマート TIRF 100XC Oil

CFI SR プランアポクロマート IR 60XC WI

ドライ対物レンズにも対応

共焦点顕微鏡と同様にN-SIMでもドライ対物レンズが使用可能になりました。対物レンズを変更することなく共焦点観察と超解像観察を切り替えることができます。低倍率・広視野のドライ対物レンズにより、組織サンプルの周辺部においても高解像度の画像取得が可能です。

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    2D-SIMと3D-SIM(スライス画像構築)に対応。

CFI プランアポクロマート Lambda 60XC(NA 0.95)

CFI プランアポクロマート Lambda 40XC(NA 0.95)

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