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激光干切断时间推移成像是一个敏感的方法检测基因突变的影响 C。线虫轴突再生。一支素质高,但价格低廉,激光消融系统可以很容易地添加到最显微镜。超过15小时的时间的推移成像需要小心固定的蠕虫病毒。
激光干切断时间推移显微镜是一个敏感的检测轴突再生的表型在 C 线虫1。这个实验的主要困难是感知的成本($ 25 - 100K)和实施激光烧蚀系统2,3所需的技术专长。然而,适度的成本(<$ 10K)固态脉冲激光器可以提供强大的性能在透明的筹备工作目标轴突是“接近”组织表面的激光消融。在一天内可以完成系统的建设和对齐。光提供从集中冷凝器消融激光光路提供了一个方便的定位导向。中间模块可与全部拆除光学专用激光消融和保证,没有光学元件需要激光烧蚀会议期间提出的。在中间模块分色允许同时成像和激光烧蚀。围绕激光束吨Ø传出束聚焦显微镜聚光镜引导系统的初始对准。各种镜头的使用条件和扩大的激光束,以填补选择物镜后孔径。最终校准和测试执行与前表面镜面玻璃幻灯片的目标。激光功率调整到最小尺寸消融现货(<1微米)。消融点为中心的运动学安装的最后镜微调跨头发固定在成像窗口。激光干切断电源,将约10倍高于最低目标幻灯片(这可能会随您使用的目标)消融当场需要。蠕虫可以通过安装在琼脂糖垫(或在微流体商会4)固定激光干切断和时间推移成像。 10%的琼脂糖琼脂糖垫很容易在微波炉中融化的平衡盐。一滴熔化的琼脂糖置于载玻片上,并与另一夷为平地玻璃垫成幻灯片,约200微米厚(单层的时间磁带上相邻的幻灯片,是用来作为一个间隔)。第一个“Sharpie”是用来切出一个穿制服的直径为13mm的圆形垫。麻醉(1ul蝇蕈醇20MM)和微(克里斯方颜个人通讯)(1ul 2.65%,聚苯乙烯水在0.1微米)添加3-5蠕虫导向,所以他们就躺在他们的左右两侧垫的中心。适用于玻璃盖玻片,然后凡士林是用来密封盖玻片,防止样品蒸发。
1。激光烧蚀系统的建设
戴好激光护目镜和使用过程中的初始对准良好的激光安全规范 。 切勿直视激光通过镜片时。
步骤1.9-1.12是可选的,但它是简单而有用的,以评估之前加入光束扩大镜头对准和激光烧蚀。
2。新增镜片扩大激光束来填补目标回光圈和调整收敛控制的重点
3。激光干切断和轴突再生的时间推移显微镜
4。代表性的成果:
激光干切断,使用这个系统是一个可靠的和日常。如图7所示的结果,是典型的。定时成像轴突再生是非常强大,使用该协议。我们经常剪切和图像5轴突在5个不同的蠕虫使用机动阶段在一个幻灯片。唯一的限制是需要收集每个轴突,例如图像,如果需要20秒收集轴突堆栈,然后在大多数情况下,您可以品尝9轴突(9栈)如果你是每180秒采样时间。在图8和图9所示的例子是一个很好的代表的结果。约10%的实验,给这个质量的结果。其余实验提供良好的数据再生的表型,但美观unappealING因为小抖动的蠕虫病毒,一般固定5-8小时后开始运动。
图1激光烧蚀系统。 532 nm的Nd:YAG激光器安装在立管板,将其带到其他组件的高度和螺栓的面包板。 (光隔离器是可选的,可能不需要)。格兰 - 汤普森偏光镜和半波片是用于精确控制激光功率。他们精心校准的旋转支架。小心设置束转储。角镜引导激光束,以较低的潜望镜镜。上潜望镜镜的光束定向铁路镜。这条铁路是安装在两个杆支持的平台。双伽利略镜头连接到滑轨支架。注意补充的中间模块专用激光消融。该系统可以去除光隔离更加紧凑Tor和角落的镜子,和重新定位,格兰 - 汤普森激光偏光器和半波片的实验电路板的背面边缘。
图2双伽利略调节镜头是用来扩大300 UM TEMoo激光束零衔接统一的10毫米大小。实验室插孔定位下的铁路平台之一。这有助于调整轨道高度在对齐步骤。粗略地调整,由安装在L1镜头铁路和使用冷凝器束作为定位导向的轨道高度。调整轨道,使冷凝器束的镜头在铁路两端的中心对齐。这将确保铁路平行光轴显微镜。您可能需要先调整显微镜相匹配的铁路光轴。使用夹子修复显微镜的位置(见图1)。删除第发送轨安装镜头。现在排列在铁路两端的中心冷凝器束激光束。在光束路径的文件,是一种方便的方法,同时看到两束。使用顶部的潜望镜镜对准激光束的聚光光束的轨道式镜。使用导轨安装镜对准铁路的尽头(最接近显微镜)冷凝器束激光束。现在安装所有四个镜头,图中所示的轨道。铁路的长度,焦距的镜头,和镜头的安排会有所不同取决于你的显微镜和物理设立。关键参数的激光束的直径和所选择的目标回光圈的大小。无限远光学系统将集中一个完全平行的激光束(零趋同)。 L1和L2之间的距离应在镜片的总和,焦距,F1 + F2,L3和L4之间的距离应相应F1“+ F2”。日之间的距离E双伽利略对并不重要。 L3的位置可微调控制射束会聚<1毫米调整将需要调整激光图像的焦点的焦点。请务必从中间模块可能在光束路径(或知道他们做什么,并相应地调整你的系统)中删除所有的镜头,过滤器,孔径等。
图3通过双伽利略镜头对准激光束。删除显微镜夹,以便从一个侧面显微镜显微镜可移动的光束路径,但其余的夹子将允许在显微镜精确的重新定位。认为激光安全。确保格兰 - 汤普森偏光镜激光功率调整到最低限度。打开激光,查看墙壁上的激光束模式。您可能会发现贴在墙上的一纸,有助于查看激光现场。系统地调整镜头位置,以获得为他们做什么束的大小和外观的感觉。您应该看到的东西,看起来像面板,激烈的地方是偏心调光器配置文件位于。使用轨道式镜面板B.现在使用顶部的潜望镜所示调整激烈的现货中心安装镜子给一个统一的外围轮廓。如果一切都是正确对齐的,你现在应该找到那动人的镜头,使光束对称扩张和收缩。将镜头回到起始位置如图2所示。现在拦截在距离目标回光圈的光束。它应该是圆形的,至少大到足以填补你的背部光圈,一个统一的亮度。这是确定的,如果是较大的,只要你有足够的激光功率为您的消融。评价比较客观回光圈和墙壁的距离光束直径的衔接。光束直径应零收敛束相同。比例尺为10mm。
图4扩展的激光束对准冷凝器束。快门的激光和显微镜移动到对齐停止使用夹具的激光束的路径。打开,对齐和重点使用的目镜一个客观的镜头。 胶带纸,以防止任何人观看反映强烈的激光灯的聚光光束。客观炮塔旋转到打开位置。在舞台上放置一张纸堵塞冷凝器束。打开连续模式的激光和删除机械安全快门。您应该看到一些激光光显微镜虽然。松开显微镜夹,轻轻微调,以配合冷凝器束激光束显微镜。激光束应该是圆形的和均匀的亮度。有时是有用的佐剂ST的轨道式镜头。你应该能扩张和收缩的激光束均匀如果对齐是正确的。您可以中心的签约最低中心的聚光光束激光束与导轨安装镜像,然后扩大到所需的大小。一旦你调整与轨道镜承包梁的位置,您将需要调整的顶部安装的潜望镜镜,保持扩束的亮度均匀。如果你不能得到一个圆中心的激光束,那么你将需要通过早期的对齐步骤。
图5中心的消融点,并调整为最佳聚焦的激光束收敛。关闭快门的激光。删除的文件和挂载镜像的目标幻灯片(你也可以使用在盖玻片作为目标2记号笔墨水)。与60的镜像表面上的图像划痕X 1.4na石油镜头)现在的形象与焦或CCD表面。 别看通过的镜片,而激光。打开和unshutter激光。设置激光触发模式,功耗最低,和100 Hz。约10个脉冲触发。您应该看到一个中心的观点,在10微米直径1-5微米的消融当场。如果您没有看到消融点,你可以增加激光功率在5-10%的步骤。一旦你确定消融点,中心视野。如果观看512x512的图像,把256,256坐标十字线。如果调整激光光斑中心,然后它会不会改变与缩放的位置。使用导轨安装镜子的中心十字线移动消融当场。重新评估删除在上面的图4描述的客观梁的激光束的均匀性。调整与前潜望镜装镜的光束均匀。重复评价消融当场表态。这是一个迭代process,应反复进行,直到消融点为中心,扩束均匀。如果做得正确消融当场将圆在图中的焦点消融当场看到。接下来,评估在Z轴方向的激光束的焦点。触发激光生产中心约1微米的消融当场。现在移动约5微米的幻灯片,横向和重点目标幻灯片表面以下1 UM。触发,使用相同的激光设置作为您首次消融当场使用激光。聚焦后1微米以上的目标幻灯片表面的重复。如果激光束聚焦到图像的焦点,那么你应该看到这个数字表明,类似的模式。最大的消融当场应该对应于图像的焦点和消融点的上方和下方的重点应该得到较小的对称。调整镜头L3调整焦平面。从显微镜移动镜头L3的距离将梁收敛和消融点靠拢的目标。小<1毫米调整将需要近的焦点。您现在准备削减轴突。比例尺为1微米。
图6安装蠕虫激光干切断和时间推移成像。琼脂糖10%的生理盐水中加热至完全融化。一小滴被放置在玻璃显微镜幻灯片,然后用另一张幻灯片夷为平地,形成一个平垫。垫的厚度是由磁带上的两个相邻的幻灯片。垫是可以设置为1分钟左右,然后是分开的幻灯片。一个“Sharpie”的顶部是用来作为一个俗套,形成一个统一的大小约13毫米垫。 1 UL 10MM蝇蕈醇微球和1个UL垫中心(颜芳的个人通讯)。蠕虫被添加到2 UL下降,面向前把玻璃上的盖玻片。凡士林,然后从注射器(20-25 GA。针)盖玻片密封的边缘应用。
图8。典型的野生型L4再生。这是一个时间序列,显示消融和时间推移轴突再生的录音。激光干切断后不久,在0分钟,你可以看到回缩球。 138分钟回缩球拉回最远的程度,现在开始改建。零星的细胞膜突起(mircospikes或丝状伪足)可以看出,沿着轴突的轴(箭头138和324)。 “正确的残端形成良好的紧凑型生长锥延伸,在360分钟。在414分钟延长两个树桩的生长锥。最初的胚胎样生长锥成为营养不良,因为他们延长朝着背神经索(414,519和597分钟)。营养不良性生长锥摊位背神经索(960分钟)。箭头指出近端残端和生长锥。箭头指出沿近端轴突的轴膜突起。比例尺20um。
电影1。野生型轴突再生的影片。这部电影随之而来,如图8所示的时间点。蠕虫安装中所述的协议和轴突成像约10小时,每三分钟。 ž栈(20 × 1微米)在每个时间点采取了最大的投影算法(NIS元素)合并成单一的图像。点击这里观看电影 。
不同的激光系统3,5-11有几个不错的激光显微讨论。飞秒红外激光器是12和方便,如果成像设备的亚细胞激光消融的“金标准”,但他们往往是个人用户的成本太高。如果您需要飞秒红外激光成像你的样品,因为成像深度,然后你可能会需要一个激光干切断。在30-50微米的表面与目标的轴突透明组织可能在20 UJ /脉冲通过有针对性的高NA浸没透镜的范围的蓝色和绿色脉冲激光器是可行的。附带损害与纳米和pico第二激光器与飞秒激光相比将会有更多的,尤其是作为目标轴突增加深度C。线虫是透明的,所有的轴突在20-30微米的表面。我们经常切断电机轴突在5微米的表面。我们也轻松晋级AX组件内的神经环,约20微米的表面角质层。我们发现切割轴突通过成虫的直径约30-50微米的限制。它是可能的,这里描述的激光消融系统的工作目标轴突的透明度和深度的标准的许多适合不同制剂。尽管如此,它是有点出人意料,由于飞秒红外激光器,纳米和皮秒355纳米和532纳米激光器的理论优势执行使激光在三干切断线虫 6,13。我们看到,在纳秒440纳米,纳秒级的532纳米,和飞秒红外激光器激光干切断轴突再生无差异。
固态355 nm紫外激光器相同的成本大约为532 nm的二极管泵浦被动调Q固体激光器,但需要更高的权力或光学系统,有效地传递这些波长较短的。大多数光学设计以及执行可见400 -700 nm的光。 6,如降低血浆门槛,光斑尺寸较小,长传分色,有效地将直接激光消融的100%的目标,并允许同时成像,无样品信号损失的GFP 355纳米激光器将提供一定的优势。蓝440纳米激光器将保留可见光激光器(与标准的光学和安全性能好)工作的优势。不幸的是,民进党Q开关固态440 nm激光的成本是355纳米或532纳米的一个类似的权力,在这个时候的激光成本的3倍。如果我们在设计一个新的系统的 C 线虫 ,目标深度是最小的,我们会选择在1的紫外线的透明镜片(成本50-70%的透光率在355纳米一个40X 1.3na石油镜头3000元左右)和355 nm激光生产5-10 UJ /脉冲-20千赫。
Axon的消融被认为是由于等离子体形成。过短的脉冲会产生等离子体的阈值,低功耗和血浆量瓦特生病是更小的6。我们的目标是通过调整脉冲能量最低的功耗最小和寿命最短的等离子生产。较大的长寿命等离子体将产生空化气泡周围细胞的损害。我们普遍发现,使用频率最高的(即2.5kHz)约50-100脉冲的消融提供了最好的结果。这表明,损害可逐渐整合一系列的脉冲,以更好地控制损害程度。这里描述的激光消融系统是非常宽容的,如果光束准确对齐和扩大。我们开始削减10%的激光功率(0.3毫瓦平均在2500 Hz的测量和估计1 UJ /脉冲)在成虫轴突,可以削减14%的电力有限,通过局部损坏。你可以观察到从15-39%的激光功率的损害较大的地区,但只有40%以上,功率(约1毫瓦平均在2500赫兹测量)蠕虫爆炸,由于大型空化气泡和蠕虫的角质层损害。
e_content“Steinmeyer等。2010年2纸张是一个极好的资源,为建设一个激光消融系统。莱昂艾利也有很好的实际描述的一种廉价的氮气337 nm激光的激光烧蚀系统,他提供了一些重大的现实意见(elegans.swmed.edu / / Worm_labs /艾利),设计自己的系统时,你应该先谈谈您的显微镜代表,以确定如何定位消融激光显微镜目标。您的显微镜应安装隔振表(纽波特,TMI,托尔)。面包板的顶部是最优的,但仍然可以使用磁定位实心钢顶。一个堂堂正正的范围的中间一个专门的模块是好的,因为所有的光学元件,可以留在原地,但是,它可能更便宜和更方便地使用相机端口(倒)或“合成”EPI -荧光端口,你需要知道后面的光圈和透光率的大小(在A blation激光波长)的物镜,你打算使用。一旦你决定用激光(例如,Crylas,天河城,水晶,或CRC),您应该联系选择正确的光学元件,硬件和安全设备的帮助雷神或新港。我们决定在双伽利略扩束,以节省空间,但一个简单的开普勒扩展选项(f2/f1 =膨胀系数)。自定义的扩束,将是最便宜的,但新港,雷神,和几个激光制造商提供优良的品质商业扩束。一些激光制造商还提供手动和电子控制的衰减器,可能是成本效益和节省空间,但不能作为多功能格兰 - 汤普森偏振片及半波片。您还需要来决定如何控制激光。您可以设计一个基于LabVIEW的控制器,使用商业TTL发生器,或由激光公司提供的软件。讨论与特定的激光制造商的选项。 帐篷“>我们已经提供了我们有用于作为一般指南只的硬件列表。系统描述在这里成本约一万五千元到我们现有的成像系统中。您的本地物理部门会经常有有人愿意来提供的实用介绍到安全工作与自由束激光。C 的固定时间的推移成像的替代方法线虫最近已描述。14
故障排除
最困难和最关键的一步,是中心的扩束显微镜的光轴对齐。一旦你通过伽利略镜头,你应该努力在5显微镜的光轴UM它对齐,然后使用该中心的最终对齐转向镜中心和扩大梁。转向后视镜的过度使用显微镜对准光束通过光束将它移到轴扩展。 使用格外小心 ,你可以衰减适当的ND过滤器的激光束和激光光束剖面上反射目标(前表面反射镜)直接查看。你可以轻轻地推动了正是中心60X目标领域的光束显微镜(如果它不能在向上/向下范围,你需要调整轨道高度为中心)。光束轮廓可用于精确调整显微镜的光学轴,一个中心束循环和对称的“信号弹”。非对称耀斑是显微镜轴不完全一致(或铁路是不是水平)。最后,你应该调整L3和看到光束均匀,对称的扩张和收缩。精确聚焦显微镜的目标表面上,然后调整L3集中的激光束,以最小的位置。您现在应该发现,是通过激光共聚焦显微镜或CCD系统成像和消融点在激光束在5个中心UM1微米的Ž焦点。
如果你发现你是“吹”蠕虫或始终如一地产生大量的空化气泡削减轴突您的问题是最有可能的罚款消融激光对齐。确保最低(<500nm处)消融点定位到Z的重点(调整L3的镜头衔接)和XY受托现货(与去年运动学安装镜子调整)。
瞄准轴突更接近表面,将需要较少的激光功率。同样,小动物(L1和L2)将需要少干切断激光功率相比,针对成年人同样的轴突。
如果您的野生型轴突没有再生或轴突漂白剂,你应该尽量减少成像激光功率或减少采样率。如果您的蠕虫死亡或病弱的尝试,减少1%%琼脂糖。当使用高每确保你是不是安装后,蠕虫移动盖玻片,因为这往往会导致他们死百分比琼脂糖微球。
如果您的蠕虫爆裂或在一个时间推移会死,这是由于:1。百分比琼脂糖过高。 2。烧蚀激光伤害到角质层。 3。安装后的盖玻片运动。如果角质层受损有过错的,它只会影响安装已与激光消融针对性的蠕虫。
如果您的蠕虫移动太多的尝试,在一个时间推移会议在0.5%的步增加的百分比琼脂糖。健康蠕虫健康轴突总是“积极”和显示的荧光一致的水平。如果你看到一个荧光或活动突然减少蠕虫是垂死或死亡。多个串珠或零散的轴突是一个垂死或死亡蠕虫的明确迹象。
如果你有麻烦您的轴突在整个时间的推移会保持对焦,可能有几个不同的问题。首先由成像检查阶段漂移载玻片上惰性的样品超过10小时RS。几微米的漂移可能是由于热不稳定性,但大于5微米,可能是由于机械问题与您的显微镜。日益严重的问题是比较常见的。让您安装蠕虫平衡与您的显微镜阶段开始前30分钟时间的推移。检查您的凡士林密封的发展并不在时间的推移会话过程中的泄漏。
没有利益冲突的声明。
这项研究是由国家科学基金会,神经科学麦克奈特基金,克里斯托弗和Dana里夫基金会和Amerisure慈善基金会的支持。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
试剂名称 | 公司 | 目录编号 | 评论(可选) |
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535纳米激光 | Crylas | FDSS532Q3 | (天河城,水晶,和CRC还提供媲美激光) |
所有的光学和硬件 | (托尔提供媲美光学和硬件) | ||
SUPREMA光学山,直径1.0 - | 新港 | SS100 - F2KN | 2 |
直径为1“后,1”的高度 | 新港 | PS - 1 | 1 |
直径为1“后叉 | 新港 | PS - F | 1 |
消色差零阶沃维勒板,半波迟缓,400 - 700nm的 | 新港 | 10RP52 - 1 | 1 |
旋转舞台,1“Aperature | 新港 | RSP - 1T | 1 |
直径为1“后,1”的高度 | 新港 | PS - 1 | 1 |
直径为1“后叉 | 新港 | PS - F | 1 |
方解石格兰激光偏光,430 - 700nm的 | 新港 | 10GL08AR.14 | 1 |
偏光旋转安装 | 新港 | RM25A | 1 |
¼“间隔1”直径后 | 新港 | PS - 0.25 | 1 |
½“的高度,直径为1”后 | 新港 | PS - 0.5 | 1 |
叉,1“直径后 | 新港 | PS - F | 1 |
梁转储 | 新港 | PL15 | 1 |
显微镜物镜镜头安装 | 新港 | LH - OBJ1 | 1 |
直径为1“后,1”的高度 | 新港 | PS - 1 | 1 |
直径为1“后叉 | 新港 | PS - F | 1 |
高能量的Nd:YAG激光反射镜,直径25.4毫米,45 °,532纳米 | 新港 | 10Q20HE.2 | 4 |
SUPREMA光学式,1.0英寸直径,清除安装孔 | 新港 | SN100C的- F | 2 |
高精度旋钮调节螺丝,12.7毫米旅游,100TPI | 新港 | AJS100 - 0.5K | 4 |
螺纹接头,¼ -20男,女8-32 | 新港 | SS - 1 - B | 2 |
1.5英寸直径的棒杆钳 | 新港 | 340 RC | 2 |
棒,身高14英寸(35.5厘米) | 新港 | 40 | 1 |
铁路承运人为X26,方40毫米长度 | 新港 | CN26 - 40 | 4 |
钢轨,384毫米(15“)长度 | 新港 | X26 - 384 | 1 |
1.5英寸直径的棒杆纲要 | 新港 | 300 - P | 2 |
棒,身高14英寸(35.5厘米) | 新港 | 40 | 2 |
平凹透镜,12.7毫米直径- 25MM,430 - 700nm的英语 | 新港 | KPC025AR.14 | 2 |
平凸透镜,25.4毫米直径,50.2毫米英语,430 - 700nm的 | 新港 | KPX082AR.14 | 1 |
平凸透镜,25.4毫米直径,62.9毫米英语,430 - 700nm的 | 新港 | KPX085AR.14 | 1 |
固定镜头卡口,直径为0.5“,1.0”轴高度 | 新港 | LH - 0.5 | 2 |
固定镜头卡口,1.0“直径1.0”轴高度 | 新港 | LH - 1 | 2 |
微0.1um | Polysciences | 00876 | |
琼脂糖 | 零售物价指数 | A20090 | 平等就业机会的事宜 |
蝇蕈醇 | 西格玛 | M1523 |
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