IsoView Lichtblattmikroskop: Open Source Projekt nutzt Positioniersysteme von PI

Große lebende Proben mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung abzubilden, das ist eines der Ziele von Philip J. Keller und seiner Forschungsgruppe am Janelia Research Campus des Howard Hughes Medical Institute in Ashburn, Virginia (USA). Keller und sein Kollege Raghav K. Chhetri haben dafür ein Lichtblattmikroskop entwickelt, das es ermöglicht, die Probe simultan aus vier Richtungen abzubilden – mit hoher Geschwindigkeit und hoher räumlicher Auflösung.

Kernstück des „IsoView“ genannten Lichtblattmikroskops sind vier identische, orthogonal zueinander angeordnete Arme oder optische Zweige, von denen jeder gleichzeitig die Probe beleuchten und das emittierte Fluoreszenzlicht abbilden kann. Um ein Signalübersprechen zwischen Anregung und Detektion so klein wie möglich zu halten, werden diese Strahlengänge in den verschiedenen Betriebsmodi entweder zeitlich, räumlich oder spektral getrennt. Die so erzeugten vier Bilder werden verschmolzen und ergeben ein weitgehend isotropes, in allen Dimensionen hochaufgelöstes Bild. Dafür haben Keller und sein Team eine eigene Version des Lucy-Richardson 3D Multiview Entfaltungs-Algorithmus entwickelt. Dieser Ansatz ermöglicht neben der hohen räumlichen Auflösung der zusammengesetzten Bilder auch eine hohe zeitliche Auflösung, so dass Veränderungen in der Probe über die Zeit aufgenommen werden können.

Kompakte Linear- und Rotationstische für Objektivbewegung und Probenpositionierung

Von hoher Bedeutung für den Aufbau des Mikroskops ist das Bewegungssystem, mit dem die vier Objektive bewegt werden. Hierfür kommt je Objektiv ein hochkompakter, linearer PIHera P-622.1 Präzisionspositionierer mit 300 µm (alternativ mit 900 µm) Stellweg zum Einsatz, gesteuert von je einem E-709.CHG Controller.

Der P-622.1CD PIHera Präzisionspositionierer basiert auf vollkeramisch isolierten PICMA® Piezoaktoren, deren Bewegung durch spielfreie Festkörpergelenkführungen übertragen wird. Der Stellweg (geregelt) liegt bei 250 µm mit einer Wiederholgenauigkeit von ± 1 Nanometer! Die Bewegungen werden direkt an der Bewegungsplattform gemessen, ohne Beeinflussung durch Antriebs- oder Führungselemente.

Kapazitive Sensoren ermitteln kontaktfrei mit Sub-Nanometer-Auflösung den Abstand zur Probenkammer. Sie garantieren eine herausragende Linearität der Bewegung, eine hohe Langzeitstabilität und eine Bandbreite im kHz-Bereich.

Für die Probenbewegung im IsoView Mikroskop kommt ein gestapelter Aufbau von drei M-111 Lineartischen mit gefaltetem Antrieb zum Einsatz, kombiniert mit einem M-116.2DG Rotationstisch. Diese werden gemeinsam von dem C-884.4DC Controller für DC-Motoren angesteuert.

Open Source Projekt

IsoView ist ein Open Source Mikroskopsystem, weitere Details können hier eingesehen werden:

The Janelia Archives




Über den Autor

Markus Wiederspahn

Projektleiter Marketingkampagnen, Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG

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Dr. Thomas Bocher

Head of the Life Science & Microscopy Market Segment, Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG

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