聚二甲基硅氧烷软光刻器件中亚微米成像分辨率的改进倒选平面照明显微镜。

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:53
文章英文标题
Modified inverted selective plane illumination microscopy for sub-micrometer imaging resolution in polydimethylsiloxane soft lithography devices.
正文
可成型、透明的聚二甲基硅氧烷( PDMS )弹性体微器件使其在体外的微环境中能够对三维细胞网络进行广泛的复杂研究。然而,在PDMS器件外部和样品腔内部,折射率变化的不均匀分布会产生明显的光程差( OPD ),从而扭曲光片束,限制衍射极限性能。我们实验表明,120μm的OPD使横向点扩展函数展宽了4倍以上。本文演示了在1.2 ~ 2 mm厚微模PDMS微器件中,采用商用倒置选择性平面照明显微镜( iSPIM ),去除OPD,实现荧光生物样品悬浮于1.2 ~ 2 mm厚微模PDMS微器件中的常规生理盐水( RI≈1.34 )中( 0.6±0.04 ~ 0.91±0.03μm )亚微米成像的步骤。我们已经证明,通过折射率( RI )与易于获得、价廉的蔗糖溶液匹配,从外部PDMS层去除OPD,对于提高\u003e 3倍的成像分辨率至关重要。为了监测RI匹配过程,在iSPIM中集成了单模光纤( SMF )光源,为了去除PDMS通道内的OPD,我们使用了电调谐透镜( ETL ),将光片光束与探测物镜平行聚焦,从而减小轴向畸变,达到亚微米成像分辨率。我们将这种新的光片成像协议称为改进的倒置选择性平面照明显微镜( m-iSPIM )。利用m-iSPIM的高时空三维成像技术,在微流控通道内150μm深度的流动条件下,实验捕获单个血小板(≈2μm )向血小板聚集( 22.5μm×22.5μm×6μm )的募集,为光片成像技术在微流控装置中广泛的三维生物模型应用奠定了基础,使其能够再现生理微环境的特征,阐明亚细胞反应。
文章内容(英文)
Moldable, transparent polydimethylsiloxane (PDMS) elastomer microdevices enable a broad range of complex studies of three-dimensional cellular networks in their microenvironment in vitro. However, the uneven distribution of refractive index change, external to PDMS devices and internally in the sample chamber, creates a significant optical path difference (OPD) that distorts the light sheet beam and so restricts diffraction limited performance. We experimentally showed that an OPD of 120 μm results in the broadening of the lateral point spread function by over 4-fold. In this paper, we demonstrate steps to adapt a commercial inverted selective plane illumination microscope (iSPIM) and remove the OPD so as to achieve sub-micrometer imaging ranging from 0.6 ± 0.04 μm to 0.91 ± 0.03 μm of a fluorescence biological sample suspended in regular saline (RI ≈1.34) enclosed in 1.2 to 2 mm thick micromolded PDMS microdevices. We have proven that the removal of the OPD from the external PDMS layer by refractive index (RI) matching with a readily accessible, inexpensive sucrose solution is critical to achieve a \u003e3-fold imaging resolution improvement. To monitor the RI matching process, a single-mode fiber (SMF) illuminator was integrated into the iSPIM. To remove the OPD inside the PDMS channel, we used an electrically tunable lens (ETL) that par-focuses the light sheet beam with the detection objective lens and so minimised axial distortions to attain sub-micrometer imaging resolution. We termed this new light sheet imaging protocol as modified inverted selective plane illumination microscopy (m-iSPIM). Using the high spatial-temporal 3D imaging of m-iSPIM, we experimentally captured single platelet (≈2 μm) recruitment to a platelet aggregate (22.5 μm × 22.5 μm × 6 μm) under flow at a 150 μm depth within a microfluidic channel. m-iSPIM paves the way for the application of light sheet imaging to a wide range of 3D biological models in microfluidic devices which recapitulate features of the physiological microenvironment and elucidate subcellular responses.
来源出处
Journal|[J]Lab on a Chip2020.
DOI
https://doi.org/10.1039/d0lc00598c

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