Ученые приделали автопилот микроскопу плоскостного освещения

Американские ученые разработали программную платформу, которая позволяет автоматически настраивать фокус микроскоп плоскостного освещения.

Микроскопия, флуоресцентная planar освещения используются для получения изображения тонкий (408-1080 нанометров) фронт света. Напротив освещает часть образца, формируя его "суд", в то время как в образце (что находится "вертикаль") можно повернуть по горизонтальной оси. В сочетании с нефототоксичностью это позволяет исследователям рассмотреть вопрос о том, отдельные клетки или целые организмы, например, на развитие эмбрионов. В 2014 году, технология была признана методом года по версии журнала Nature.

Основной недостаток "" микроскопии ручной фокусировки. Эти эксперименты требуют возможность наблюдать сложные клеточные изменения, в течение часов и дней. Но даже успех предварительной настройки разрешения не позволяет реконструировать образцов (и особенно многоклеточных) на всех уровнях, с тем же уровнем детализации: скорость изменений слишком высокой. В результате, даже несмотря на то, что увеличение пространственного и временного разрешения на применения метода по-прежнему остается ограниченным.

Для автоматизации процедур ученых из Медицинского института Говарда Хьюза разработали специальный фреймворк. В основу алгоритма легло сопоставление 30 параметров, которые характерны для различных моделей биологических, 66 наборов изображений литературы и собственной базы данных. Конструкция микроскопа (авторы использовали SiMView, созданный в 2012 году) был изменен одновременно с горизонтальной ротации выборки фронт света мог перемещаться по "вертикальной" оси.

Каждая линза цилиндрической формы, при этом он был оснащен парой гальванометрических сканеров. В ходе работы рамки контролирует скорость вращения образца, и сканеры, и синхронизируется с движением качество изображения. Настройка разрешения осуществляется между точками сбора данных (каждая 375 миллисекунд) и состоит в том, что машины в поисках лучшей детализации для "основной" плоскости, заданные пользователем (обычно это от 4 до 8 граней с шагом от 20 до 80 мкм). Таким образом, микроскоп можно сделать до шести "вырезы" в трех измерениях десяти степеней свободы, с различной глубиной обнаружения (до 1,75 мкм).

Система протестирована на живых эмбрионах дрозофилы фруктовой (Дрозофилы melanogaster) и Данио-рерио (Danio rerio). Результаты показали, что алгоритм позволяет отслеживать изменения в образцах (например, выражение белков) в течение 21 часа, а это потеря около двух процентов данных. Начальная Настройка параметров занимает около 40 секунд, после чего платформа в автоматическом режиме обрабатывает данные со скоростью пиксел в 27 наносекунд. Средний рост пространственной разрешающей способности 2,4 временный - 1,6 (до 3 Гц). Погрешность измерений оценивается в 330 мкм.

"Мы хотели создать микроскоп, настолько мощным и простым в использовании, насколько это возможно. Framework делает это, помогая пользователю убедиться в правильной настройке параметров и упрощение получения качественного изображения в каждом случае", - сказал соавтор работы Филипп Келлер (Philipp Keller).

Платформа была написана на C++ и Java и управляется с помощью графического интерфейса. Можно скачать на странице проекта в GitHub. Результаты представлены в журнале Nature Biotechnology.

Категория: Наука