RAYSHAPE - динамическая коррекция аберраций

Арт. RAYSHAPE

Динамическая коррекция аберраций;
Увеличение интенсивности сигнала в 5 раз;
Повышение разрешения в STED-микроскопии;
Ключевой элемент для реализации 3D-STED.

Подробнее

Фото

Описание

Система динамической коррекции аберраций RAYSHAPE

Идеальные условия визуализации — даже в мутных образцах, таких как биологические ткани — мечта каждого ученого, использующего микроскопию. Однако реальные образцы часто являются неоднородными, а среды для заливки и иммерсии почти никогда не имеют идеально согласованный показатель преломления. Несоответствие показателей преломления ухудшает фокусировку микроскопа и приводит к снижению разрешения и качества изображений.

Система динамической коррекции аберраций RAYSHAPE от abberior решает эту проблему. Используя адаптивную оптику на основе деформируемого зеркала, RAYSHAPE возвращает отклонённые лучи в правильное положение, обеспечивая яркие и чёткие изображения по всей глубине образца — независимо от среды заливки, иммерсионной среды или типа образца. Коррекция выполняется динамически, в реальном времени, непосредственно во время съёмки, обеспечивая максимально возможное качество результатов.

Сверхчёткие изображения даже в толстых образцах

Преимущества RAYSHAPE:

До 5-кратного увеличения сигнала при визуализации толстых срезов
Существенное повышение разрешения в STED-микроскопии
Часто является ключевым элементом для реализации 3D-STED
Автоматическое отслеживание и коррекция сферических аберраций
Коррекция аберраций высших порядков (астигматизм, кома, и др.)

Чем глубже фокус проникает в образец, тем сильнее проявляются оптические аберрации и тем больше требуется коррекции. Для достижения минимальных аберраций по всей глубине необходимо непрерывно изменять степень коррекции по мере изменения фокусного положения.

RAYSHAPE сохраняет разрешение и яркость по всей глубине образца (~200 мкм), динамически перенаправляя аберрированные лучи в правильные фокусные позиции.

Для сравнения, механическая коррекция с помощью корректирующего кольца объектива позволяет компенсировать аберрации лишь в ограниченном диапазоне по оси Z — порядка ~20 мкм.

В данном примере (эмбрион Drosophila, стадия 17) объектив с корректирующим кольцом настроен на компенсацию аберраций в трёх различных положениях по оси Z: вблизи покровного стекла,

в середине Z-диапазона,

в глубине образца.

Ни одна из настроек не обеспечивает корректное изображение по всей толщине образца — качественным остаётся лишь небольшой диапазон глубин.

Обзорное изображение эмбриона Drosophila (стадия 17), окрашенного по хитину (abberior LIVE 610, зелёный) и ДНК (abberior LIVE 550, голубой).

Характеристики

Деформируемое зеркало RAYSHAPE — только от abberior

Деформируемые зеркала — это элементы адаптивной оптики с гибкой отражающей поверхностью. В системе RAYSHAPE используется зеркало с 140 цифровыми управляемыми актуаторами, которые изменяют форму поверхности за миллисекунды. Это обеспечивает исключительную точность коррекции и позволяет выполнять быстрые Z-сканирования с непрерывной адаптацией коррекции аберраций на каждой глубине.

В отличие от объективов с корректирующим кольцом (даже моторизованным), RAYSHAPE не ограничивает область коррекции одним узким диапазоном глубин, оставляя остальную часть изображения размытой. После однократной настройки под конкретный образец система автоматически отслеживает изменение фокуса и динамически корректирует аберрации на разных глубинах. Фокус остаётся стабильным, а процесс съёмки полностью автоматизирован, обеспечивая яркие изображения с высоким разрешением даже при глубокой визуализации.

Визуализация тканей с RAYSHAPE выходит на новый уровень.

Деформируемое зеркало RAYSHAPE с 140 актуаторами


Искажённый фокус без RAYSHAPE	RAYSHAPE сохраняет корректный фокус по всей глубине образца

Несоответствие показателей преломления между образцом и иммерсионной средой объектива приводит к искажению фокального пятна. Дополнительно ситуацию усугубляют неоднородности структуры образца. Система коррекции аберраций RAYSHAPE компенсирует эти искажения, возвращая все лучи в правильные фокусные позиции и восстанавливая идеальную форму фокуса.


Коррекция аберраций флуоресцентного сигнала	Коррекция аберраций возбуждающего и STED-пучков

В норме волновые фронты, выходящие из объектива, имеют сферическую форму. Однако вариации показателя преломления искажают их, приводя к ухудшению фокуса. Деформируемое зеркало RAYSHAPE эффективно компенсирует эти искажения. Применение оптимальной формы зеркала — отрицательной по отношению к аберрациям, вносимым образцом — позволяет достичь сразу двух эффектов:

Волновые фронты возбуждающего и STED-пучков предварительно компенсируются, восстанавливая идеальную форму фокуса.
Искажённый волновой фронт флуоресцентного излучения также корректируется до попадания на детектор.

Благодаря быстрой и динамической настройке степени коррекции при перемещении фокуса по глубине образца, RAYSHAPE обеспечивает высокое разрешение и интенсивный сигнал по всей толщине образца — от поверхности до максимальной рабочей глубины.

Пример визуализации

Съёмка слоя флуоресцентных микросфер на различных глубинах (объектив 63× WI, заливка TDE). Деформируемое зеркало автоматически адаптируется при изменении глубины фокусировки. Яркость и разрешение сохраняются практически до предела рабочей дистанции объектива.

Сравнение

Деформируемое зеркало RAYSHAPE по сравнению с объективом с корректирующим кольцом

RAYSHAPE обеспечивает динамическую коррекцию аберраций по всему диапазону глубин (ось Z), тогда как корректирующее кольцо объектива компенсирует аберрации лишь в узком диапазоне глубин на фиксированном положении — в данном случае вблизи покровного стекла.

XZ-сечение эмбриона Drosophila (стадия 17), окрашенного по хитину (abberior LIVE 610, зелёный) и ДНК (abberior LIVE 550, голубой). Справа: визуализация с RAYSHAPE на глубине 200 мкм, слева: визуализация с помощью объектива с корректирующим кольцом на глубине примерно 20 мкм

RAYSHAPE обеспечивает динамическую коррекцию аберраций по всему диапазону глубин (ось Z), тогда как корректирующее кольцо объектива компенсирует аберрации лишь в узком диапазоне глубин в фиксированном положении — в данном случае в середине Z-диапазона.

XZ-сечение эмбриона Drosophila (стадия 17), окрашенного по хитину (abberior LIVE 610, зелёный) и ДНК (abberior LIVE 550, голубой). Справа: визуализация с RAYSHAPE на глубине 200 мкм, слева: визуализация с помощью объектива с корректирующим кольцом на глубине примерно 20 мкм

RAYSHAPE обеспечивает динамическую коррекцию аберраций по всему диапазону глубин (ось Z), тогда как корректирующее кольцо объектива компенсирует аберрации лишь в узком диапазоне глубин в фиксированном положении — в данном случае в конце Z-диапазона.

XZ-сечение эмбриона Drosophila (стадия 17), окрашенного по хитину (abberior LIVE 610, зелёный) и ДНК (abberior LIVE 550, голубой). Справа: визуализация с RAYSHAPE на глубине 200 мкм, слева: визуализация с помощью объектива с корректирующим кольцом на глубине примерно 20 мкм

3D-STED XZ-сечение трахеи эмбриона Drosophila, полученное с использованием RAYSHAPE (справа) и без коррекции аберраций (слева); глубина визуализации — 15 мкм. Хитин окрашен красителем abberior LIVE 610.

Статьи

Как корректировать аберрации в световой микроскопии: деформируемое зеркало или корректирующее кольцо?

Аберрации — один из главных врагов качественного изображения в световой микроскопии. Они размывают фокус, снижают уровень сигнал и делают недоступной информацию, скрытую в глубине образца. В этой статье мы обсуждаем разные методы коррекции аберраций: с помощью корректирующего кольца и адаптивной оптики с деформируемым зеркалом.

STED и конфокальная микроскопия — братья-близнецы

Разберёмся, в чём принципиальные различия и сходства двух ключевых методов флуоресцентной микроскопии, как STED расширяет возможности конфокальной визуализации и почему в современной лаборатории есть место обоим методам.

Сравнение конфокальной и мультифотонной микроскопии для визуализации тканей в глубине образца

Визуализация тканей в глубине образца стала неотъемлемым инструментом биологических исследований. Она позволяет исследовать структуры за пределами тонкого среза образца и отслеживать сложные биологические взаимодействия в объёме ткани.