Zugang zur konfokalen Bildgebung mit erschwinglicher Ausrüstung

03.03.26

Mit der konfokalen Mikroskopie können Forscherinnen und Forscher biologische Proben mit noch nie dagewesener Detailgenauigkeit betrachten. Sie überwindet viele Einschränkungen der Fluoreszenzmikroskopie, wie z. B. unscharfe Bilder, die durch Fluorophore oberhalb und unterhalb der Fokusebene verursacht werden, die Unfähigkeit, dicke Proben abzubilden, und den schlechten Kontrast bei stark fluoreszierenden Proben. Darüber hinaus ermöglicht die konfokale Mikroskopie optische Schnitte in dicke Proben, so dass Forscher/innen scharfe optische „Schnitte“ durch dicke Proben erzeugen können; dreidimensionale Bilder können durch das Übereinanderlegen einer Reihe dieser Schnitte erzeugt werden; und da nur die Fokusebene beleuchtet wird, verringert sich das Risiko des Photobleichens.

Ein typisches konfokales Bildgebungssystem ist jedoch deutlich teurer und komplexer als ein Weitfeld-Fluoreszenzmikroskop. Das kann dazu führen, dass diese Technik für viele Forscher/innen unerschwinglich ist, die nicht über das nötige Budget verfügen, um in neue Geräte zu investieren.

Ist es möglich, ein eigenes konfokales Mikroskop zu bauen?

Die gute Nachricht ist, dass es durchaus möglich ist, bestehende Mikroskope mit Komponenten von Prior Scientific und CrestOptics aufzurüsten, um ein High-End-Abbildungssystem zu einem Bruchteil der Kosten zu erstellen, die für ein neues konfokales Mikroskop von der Stange anfallen würden.

Hier ist eine, die wir früher gemacht haben:

Beschreibung des Systems:

Mikroskop:

Wir haben das modulare inverse Bildgebungssystem Prior OpenStand-V als Basismikroskop für unser Konfokalmikroskop verwendet. Da es modular aufgebaut ist, bietet das Prior OpenStand unbegrenzte Möglichkeiten, das System zu konfigurieren und aufzurüsten, um den sich ändernden Bedürfnissen der Nutzer/innen gerecht zu werden, die ein kundenspezifisches Mikroskop suchen. Es ist auch eine ideale Prototyping-Plattform, um neue Bildgebungsverfahren zu testen und zu entwickeln, bevor sie auf den Markt kommen.

Unser Beispielsystem ist mit einem motorisierten XY-Tisch, Laser-Autofokus, einem motorisierten Objektivrevolver und Durchlicht ausgestattet. Es kann mit einem Piezotisch für die Feinfokussierung, zusätzlichen Lichtwegen sowie Filterrädern und Revolvern für andere Abbildungsmodalitäten erweitert werden. Es ist außerdem mit Nikon, Evident, Zeiss und anderen Optiken kompatibel, sodass du die beste Option für deine Arbeit wählen kannst, ohne Kompromisse eingehen zu müssen.

Motorisierter XY-Tisch

Die konfokale Bildgebung erzeugt komplexe Datensätze, die oft zu dreidimensionalen Bildern von großen Proben zusammengefügt werden. Eine präzise, wiederholbare automatische Positionierung ist für hochwertige Ergebnisse unerlässlich. Neben einer gleichmäßigen Bewegung muss der Tisch auch stabil sein – das ist besonders wichtig für Zeitrafferaufnahmen von lebenden Proben. Der Tisch ist mit optionalen linearen Encodern erhältlich, um seine Linearität über einen langen Bereich zu verbessern: ein wichtiges Merkmal für Zeitrafferaufnahmen.

Prior's ProScan H117 Motorisierter XY-Tisch für inverse Mikroskope verfügt über eine 1 mm Kugelumlaufspindel und einen 400-Schritt-Motorantrieb für hochauflösende Bewegungen bei gleichzeitiger Stabilität. Er ist mit der Intelligent Scanning Technology von Prior ausgestattet, die die Genauigkeit und Linearität des Tisches optimiert.

Wie bei allen motorisierten XY-Mikroskopischen Tischen von Prior gilt auch für diesen eine fünfjährige Garantie.

Laser-Autofokus: Prior PureFocus850

Der Laser-Autofokus ist für die konfokale Bildgebung unverzichtbar, denn er sorgt dafür, dass die Probe auch bei langen oder anspruchsvollen Aufnahmen perfekt fokussiert bleibt und verhindert, dass das Bild durch mechanische oder thermische Veränderungen im System abdriftet. Wir haben den PureFocus850 in unser System eingebaut, um den korrekten Abstand zwischen Objektiv und Referenzoberfläche in Echtzeit beizubehalten und so gleichbleibend hochwertige Fluoreszenzbilder zu gewährleisten. Sein 850 nm-Infrarotlaser arbeitet außerhalb der Wellenlängen, die typischerweise für die konfokale Anregung verwendet werden, um das Risiko von Interferenzen zu vermeiden, während der eingebaute Dichroit speziell für die Wellenlängen der Fluoreszenzemission ausgewählt wurde.

Konfokal: Crest Optics CICERO

Der CICERO von Crest Optics ist ein komplettes konfokales Weitfeld-Fluoreszenz- und Spinning-Disk-Gerät, das mit den meisten aufrechten oder inversen Mikroskopen kompatibel ist. Es wird sowohl mit den OpenStand-U- als auch mit den OpenStand-V-Systemen von Prior verwendet. Es unterstützt einen weiten Spektralbereich und arbeitet entweder mit Laser- oder LED-Beleuchtung, so dass die Nutzer/innen flexibel die für ihre Anwendung am besten geeignete Lichtquelle und Fluoreszenzfarbstoffe auswählen können.

Durch seine kompakte Größe ist der CICERO ein guter Begleiter für den OpenStand. Er kann die gesamte Beleuchtungs- und Erkennungsfunktion des Systems übernehmen oder in Verbindung mit anderen bildgebenden Verfahren über die epi- oder diaskopischen Beleuchtungspfade des OpenStand eingesetzt werden.

Beleuchtung: CoolLED pE-4000

In diesem System haben wir uns aus Gründen der Lasersicherheit für die pE-4000 von CoolLED als Hochleistungs-LED-Quelle für die konfokale Bildgebung entschieden. Die pE-4000 bietet eine äußerst anpassungsfähige Beleuchtungsplattform, die konfokale Arbeitsabläufe ergänzen kann, insbesondere in Systemen, die laserbasiertes Scannen mit Widefield- oder Hilfsfluoreszenzmodi kombinieren. Mit seiner breiten Auswahl an LED-Wellenlängen, die auf vier unabhängig voneinander gesteuerte Kanäle verteilt sind, bietet es flexible Anregungsoptionen für das Probenscreening, die Fluorophorevalidierung und die multimodale Bildgebung. Es verfügt über 16 diskrete LED-Kanäle und eingebaute Cleanup-Filter für die Anregung und ist eine hervorragende Option für helle, feste Proben.

Kamera: Hamamatsu Orca Flash 4.0

Für die Aufnahme der konfokalen Bilder haben wir uns für die Hamamatsu Orca Flash 4.0 Digital CMOS-Kamera entschieden. Sie ist sehr lichtempfindlich und in der Lage, konfokale Proben mit niedrigen Signalen zu erkennen. Außerdem hat sie eine schnelle Bildrate – bis zu 100 Bilder pro Sekunde – um die Live-Dynamik und das schnelle Scannen zu unterstützen.

Andere Optionen für die konfokale Bildgebung

Z Drive: Piezo-Fokusgeräte von Queensgate

Piezo-Fokusgeräte bieten Einschwingzeiten im Millisekundenbereich und ermöglichen eine schnelle Erfassung von Z-Stapeln. Diese Geschwindigkeit ist für die konfokale Volumenbildgebung entscheidend.

Die Piezotische von Queensgate zur Nanopositionierung von Z-Stapeln bieten eine außergewöhnliche Geschwindigkeit, Präzision und Stabilität für die konfokale Mikroskopie und sind damit ideal für die hochauflösende Bildgebung mit hohem Durchsatz. Ihre Positioniergenauigkeit im Subnanometerbereich sorgt für scharfe optische Schnitte, während kurze Schritt- und Einschwingzeiten eine schnelle Z-Stapel-Erfassung ohne Einbußen bei der Bildqualität ermöglichen. Da die Queensgate-Tische mit kapazitiven Rückkopplungssensoren im geschlossenen Regelkreis arbeiten, bieten sie eine hochgradig wiederholbare Bewegung und eine langfristige Driftstabilität, die für anspruchsvolle Techniken wie Live-Cell-Imaging, Super-Resolution-Workflows und quantitative 3D-Rekonstruktion entscheidend sind. Ihr kompaktes, flaches Design lässt sich problemlos in bestehende Mikroskop-Plattformen integrieren und ermöglicht es den Forschern, die Bildgebungsleistung zu verbessern, ohne die optische Pfadgeometrie oder die Zugänglichkeit der Proben zu beeinträchtigen.

Die Probenpositionierer der NanoScan SP Z-Serie sind mit den motorisierten XY-Tischen von Prior, einschließlich des H117, kompatibel und bieten geschlossene Regelkreise für 200 µm, 400 µm, 600 µm und 800 µm. Die Piezo-Objektivpositionierer der NanoScan OP-Reihe von Queensgate sind mit den meisten Objektiven kompatibel.

Laserquelle: 89 North LDI-7

Die Verwendung einer Laserquelle für die konfokale Bildgebung bietet Vorteile, die die zusätzlichen Sicherheitsaspekte oft überwiegen. Die konfokale Bildgebung mit Spinning-Scheiben ist eine verlustbehaftete Technik, und die hohe Leistung der Beleuchtungslaser mildert dieses Problem. Es liegt in der Natur der Sache, dass Laser nur sehr wenig Wellenlängenanpassung benötigen, um bestimmte Fluoreszenzmarken anzuregen.

In diesem alternativen System haben wir die Festkörperlaser-Beleuchtung der Serie LDI-7 von 89 North verwendet . Sie bietet eine Ausgangsleistung von bis zu 1000 mW pro Laser und sorgt so für ein helleres Signal bei dunklen Proben und eine schnellere Gesamtabbildungszeit.

Der LDI-7 von 89 North wird häufig zusammen mit dem CICERO in Anwendungen wie der Lebendzell-Bildgebung eingesetzt, wo die Geschwindigkeit der konfokalen Spinning-Disk-Bildgebung erforderlich ist. Systemintegratoren können das Interlock-System des LDI-7 mit dem ProScan III-Controller von Prior koppeln, um ein lasersicheres Komplettgerät zu erhalten.

Sprich mit uns über deine Anwendung.

Dieses automatisierte konfokale Bildgebungssystem ist nur ein Beispiel dafür, wie die mikroskopischen Automatisierungskomponenten von Prior vorhandene Geräte in ein High-End-Bildgebungssystem verwandeln können, damit Labore ihre Budgets optimal nutzen können. Kontaktiere uns, um mehr zu erfahren.