עבודה זו נתמכה על ידי NIH מענקים 068,625, מענקי NSF 1,063,188 ומרכז של הפיזיקה של תאי חיים 0822613. תודה מיוחדת לד&quot;ר מרינה Marjanovic בקמן מכון ללימודי מדע וטכנולוגיה למתנה של עיני ארנב.

<ol>
	<li>Abbe, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Relation+of+Aperture+and+Power+in+the+Microscope.">The Relation of Aperture and Power in the Microscope.</a> Journal of the Royal Microscopical Society. 2 (3), 300-309 (1882).</li><li>Abbe, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Relation+of+Aperture+and+Power+in+the+Microscope+(continued).">The Relation of Aperture and Power in the Microscope (continued).</a> Journal of the Royal Microscopical Society. 2 (4), 460-473 (1882).</li><li>Thompson, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Precise+Nanometer+Localization+Analysis+for+Individual+Fluorescent+Probes.">Precise Nanometer Localization Analysis for Individual Fluorescent Probes.</a> Biophysical Journal. 82 (5), 2775-2783 (2002).</li><li>Yildiz, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Myosin+V+Walks+Hand-Over-Hand:+Single+Fluorophore+Imaging+with+1.5-nm+Localization.">Myosin V Walks Hand-Over-Hand: Single Fluorophore Imaging with 1.5-nm Localization.</a> Science. 300 (5628), 2061-2065 (2003).</li><li>Yildiz, A., Tomishige, M., Vale, R. D., Selvin, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinesin+Walks+Hand-Over-Hand.">Kinesin Walks Hand-Over-Hand.</a> Science. 303 (5658), 676-678 (2004).</li><li>Yildiz, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Myosin+VI+Steps+via+a+Hand-over-Hand+Mechanism+with+Its+Lever+Arm+Undergoing+Fluctuations+when+Attached+to+Actin.">Myosin VI Steps via a Hand-over-Hand Mechanism with Its Lever Arm Undergoing Fluctuations when Attached to Actin.</a> Journal of Biological Chemistry. 279 (36), 37223-37226 (2004).</li><li>Yildiz, A., Selvin, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluorescence+Imaging+with+One+Nanometer+Accuracy:+Application+to+Molecular+Motors.">Fluorescence Imaging with One Nanometer Accuracy: Application to Molecular Motors.</a> Accounts of Chemical Research. 38 (7), 574-582 (2005).</li><li>Toprak, E., Yildiz, A., Hoffman, M. T., Rosenfeld, S. S., Selvin, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Why+kinesin+is+so+processive.">Why kinesin is so processive.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 106 (31), (2009).</li><li>Kural, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tracking+melanosomes+inside+a+cell+to+study+molecular+motors+and+their+interaction.">Tracking melanosomes inside a cell to study molecular motors and their interaction.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 104 (13), 5378-5382 (2007).</li><li>Gordon, M. P., Ha, T., Selvin, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-molecule+high-resolution+imaging+with+photobleaching.">Single-molecule high-resolution imaging with photobleaching.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 101 (17), 6462-6465 (2004).</li><li>Qu, X., Wu, D., Mets, L., Scherer, N. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanometer-localized+multiple+single-molecule+fluorescence+microscopy.">Nanometer-localized multiple single-molecule fluorescence microscopy.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 101 (31), 11298-11303 (2004).</li><li>Churchman, L. S., &#214;kten, Z., Rock, R. S., Dawson, J. F., Spudich, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single+molecule+high-resolution+colocalization+of+Cy3+and+Cy5+attached+to+macromolecules+measures+intramolecular+distances+through+time.">Single molecule high-resolution colocalization of Cy3 and Cy5 attached to macromolecules measures intramolecular distances through time.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (5), 1419-1423 (2005).</li><li>Huang, B., Wang, W., Bates, M., Zhuang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-Dimensional+Super-Resolution+Imaging+by+Stochastic+Optical+Reconstruction+Microscopy.">Three-Dimensional Super-Resolution Imaging by Stochastic Optical Reconstruction Microscopy.</a> Science. 319 (5864), 810-813 (2008).</li><li>Rust, M. J., Bates, M., Zhuang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sub-diffraction-limit+imaging+by+stochastic+optical+reconstruction+microscopy+(STORM).">Sub-diffraction-limit imaging by stochastic optical reconstruction microscopy (STORM).</a> Nat Meth. 3 (10), 793-796 (2006).</li><li>Bates, M., Huang, B., Dempsey, G. T., Zhuang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multicolor+Super-Resolution+Imaging+with+Photo-Switchable+Fluorescent+Probes.">Multicolor Super-Resolution Imaging with Photo-Switchable Fluorescent Probes.</a> Science. 317 (5845), 1749-1753 (2007).</li><li>Betzig, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+Intracellular+Fluorescent+Proteins+at+Nanometer+Resolution.">Imaging Intracellular Fluorescent Proteins at Nanometer Resolution.</a> Science. 313 (5793), 1642-1645 (2006).</li><li>Abramoff, M. D., Magalh&#227;es, P. J., Ram, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Image+processing+with+ImageJ.">Image processing with ImageJ.</a> Biophotonics international. 11 (7), 36-42 (2004).</li><li>Enderlein, J., Toprak, E., Selvin, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polarization+effect+on+position+accuracy+of+fluorophore+localization.">Polarization effect on position accuracy of fluorophore localization.</a> Optics Express. 14 (18), 8111-8120 (2006).</li><li>Cheezum, M. K., Walker, W. F., Guilford, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+comparison+of+algorithms+for+tracking+single+fluorescent+particles.">Quantitative comparison of algorithms for tracking single fluorescent particles.</a> Biophysical Journal. 81 (4), 2378-2388 (2001).</li><li>Rasnik, I., McKinney, S. A., Ha, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonblinking+and+long-lasting+single-molecule+fluorescence+imaging.">Nonblinking and long-lasting single-molecule fluorescence imaging.</a> Nature Methods. 3 (11), 891-893 (2006).</li><li>Zhuang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Single-Molecule+Study+of+RNA+Catalysis+and+Folding.">A Single-Molecule Study of RNA Catalysis and Folding.</a> Science. 288 (5473), 2048-2051 (2000).</li><li>Aitken, C. E., Marshall, R. A., Puglisi, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Oxygen+Scavenging+System+for+Improvement+of+Dye+Stability+in+Single-Molecule+Fluorescence+Experiments.">An Oxygen Scavenging System for Improvement of Dye Stability in Single-Molecule Fluorescence Experiments.</a> Biophysical Journal. 94 (5), 1826-1835 (2008).</li></ol>

החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.

FIONA הוא טכניקה למקם את עמדתו של פולט ניאון (fluorophore אורגני או נקודה קוונטית) עם דיוק ננומטר ופתרון זמני עד ל1 msec 4 8. כאשר מספיק פוטונים נאספים, טכניקה זו מאפשרת לקבוע את המיקום של פולט ניאון הרבה יותר מדויק מגבול ההשתברות (~ 200 ננומטר) ולכן טכניקה זו פותחת את דרך לקיים את מה שלא כבר ראה במיקרוסקופ אופטי רגיל / מסורתי 4 - 8. מאז המצאתה, פיונה יושמה בהצלחה להתבוננות הליכה רבים מנועים מולקולריים, כגון myosins וkinesins. לאחרונה, זה, יחד עם עבודה אחרת 3,19, תרם לתהליך הלוקליזציה של טכניקות ברזולוציה סופר מתעוררים מסוימות, כגון STORM וPALM 13- 16. השלב הקריטי כדי להשיג FIONA טמון במספר הפוטונים שנאספו, המושפע מf השונותשחקנים. לדוגמא, התקנת TIRFM המשמשת לניסויי FIONA צריכה להיות מתואמת כך שכוחות ביטחון פלסטיני טוב (כלומר, לא מתוח, לא-סטיגמות, וכו &#39;) מושגת ורעש יחס אות לסביר מתקבל היטב. בנוסף, מטרה עם ערך NA גבוה יש להשתמש כדי לאסוף את פוטונים רבים ככל האפשר. כדי לאסוף יותר פוטונים ובכך להגדיל את דיוק לוקליזציה, שיטות נבלות חמצן שונות וריאגנטים נחקרו לדכא photobleaching ומהבהב 20- 22. שתי שיטות הדחה חמצן שונות כבר בשימוש במעבדה שלנו. אחד מהם הוא הפתרון (גלוקוז אוקסידאז וקטלאז) &quot;gloxy&quot; 20. האחרים הוא PCA / PCD שתואר לעיל 22. עבודות לשעבר מייד לאחר ערבוב אבל pH של התמיסה משתנה על פני זמן. האחרון שומר על הפתרון כימי ללא שינוי אך זמן דגירה של 8 עד 10 דקות נדרש. גם מוקרן כאן, אפשר גם להאריך FIONA עבור דגימות עבות באמצעות מטרת טבילה במי 60X עם NA = 1.2. יש מטרה זו מרחק כבר לא עובד (0.27 מ&quot;מ) מאשר אובייקטיבי ששימש בעבר 100X טבילת שמן (0.17 מ&quot;מ). לעבוד על דגימות עבות, מיקרוסקופיה עלית הקרינה צריכה להיות בשימוש. למרות היתרון של רקע הנמוך של TIRFM הוא הקריב, דיוק לוקליזציה ננומטר הוא עדיין בר השגה תוך שימוש בנקודות קוונטיות בהירות. הרחבה זו תהיה שימושית בתחום הדמיה רקמות עבה ויישומים רפואיים. היישום של פיונה הוא מוגבל בכמה היבטים. קודם כל, כפי שלוקליזציה הדיוק תלוי במספר הכולל של פוטונים שנאספו, ההחלטה הזמנית של פיונה היא בדרך כלל בסכנה. שנית, יכול להיות מיושם FIONA לבד רק לדגימות שכותרתו בדלילות. במילים אחרות, פיונה תיכשל אם fluorophores מרובה הם מספיק קרוב כגון PSFs חופף. בנוסף, הפיזור של פליטת אור מגביל את apקפול של פיונה בעובי רקמות הדמיה.

סביב 1882, ארנסט אבה מצא כי הרזולוציה של מיקרוסקופ אור הנראה היא ~ λ / 2nA, או ~ 200 ננומטר (שבו λ הוא אורך הגל וNA הוא הצמצם המספרי) 1,2. לכן כל חפץ קטן יותר מממד זה יופיע כנקודה עקיפה מוגבלת במיקרוסקופ אופטי. עם זאת, ניתן לקבוע את המרכז של המקום, כלומר, המיקום של האובייקט, עם דיוק גבוה בהרבה 3. דימות פלואורסצנטי עם דיוק אחד ננומטר (FIONA) היא טכניקה פשוטה אך שימושית לאיתור fluorophores היחיד עם דיוק ננומטר במישור XY 4. הדיוק של לוקליזציה, σ μ (כלומר, שגיאת התקן של הממוצע), תלויה במספר הכולל של פוטונים שנאספו, <img alt="משוואת 1" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51774/intro_eqn.jpg" width="100" /> , כאשר N הוא מספר הפוטונים, ים היא סטיית התקן של נקודת הניאון, הואגודל פיקסל של גלאי ההדמיה, וb הוא סטיית התקן של הרקע 3,4. לfluorophore פולט ~ 10,000 פוטונים, פיונה יכולה להשיג דיוק ננומטר ~ 1 4. FIONA יכול לשמש כדי לקבוע את המיקום של פולט נייח, או אחד מרגש (בהנחה שתמונות ניתן לקחת מספיק מהר) באופן מדויק. יכול להיות מיושם FIONA ברצף למסגרות של הסרט ובכך לעקוב אחר התנועה של המולקולה בודדת 4 8. ריאגנטים תמונה מגן עשויים להיות נחוצים כדי להבטיח כי המדגם אינו מתפרק באור. יתר על כן, עצם הניאון עצמו עשוי להיות בכל גודל, קטן יותר או גדול יותר מעקיפת limit- למשל, זה יכול להיות מורכב מאברון (~ 1 מיקרומטר) עם חלבוני ניאון רבים התפזרו על הממברנה שלו. באמצעות FIONA עדיין יכול להניב ממוצע מדויק מאוד (ננומטר) של המרכז של מסה הממוצע שלה. השיפור הגדול בדיוק לוקליזציה על ידי FIONA מאפשר פתרון nanomeתנועות ter בקנה מידה לאורך זמן. זה דחף את מיקרוסקופיה לתוך קנה המידה האורך המולקולרי 4 8. מאז המצאתה, וריאנטים של פיונה פותחו. לדוגמא, הדמיה בהירה שדה עם דיוק אחד ננומטר (bFIONA) 9, גרסה קלה של פיונה, תמונות וlocalizes אובייקטים צפופים כגון melanosomes in vivo (אובייקטים כהים המכילים את פיגמנט המלנין) עם אור מועבר. בנוסף, פיונה כבר מועסק כדי לפתור צבעים מרובים. לדוגמא, הדמיה מולקולה בודדת ברזולוציה גבוהה עם photobleaching (שרימפס) 10,11 או colocalization ברזולוציה גבוהה מולקולה בודדת (SHREC) 12 פותחו כדי לפתור שני צבעים בתוך כ10 ננומטר. (שים לב שזה הוא ברזולוציה, כלומר כמה במדויק אחד לא יכול להגיד צבעים זהים זה מזה.) לאחרונה, ניתוח FIONA תרם לתהליך הלוקליזציה של מיקרוסקופיה ברזולוציה סופר מסוימת, כגון RECO האופטי סטוכסטייםמיקרוסקופיה nstruction (STORM) 13- 15 ומיקרוסקופיה לוקליזציה המופעלת תמונה (PALM) 16, שבי fluorophores הכהה הזמני שמחים, ולאחר מכן הקרינה היא מקומית. על ידי שוב ושוב מרגשת צפיפות נמוכה למדי של צבעים (מקום מוגבל עקיפה לפחות מאחד), ולאחר מכן לאסוף את הקרינה, ניתוח כל אחד מהם על ידי פיונה, אחד יכול לבנות את המפה ברזולוציה גבוהה. הרזולוציה אז מוגבלת רק במספר הפוטונים כל צבע מעביר החוצה, כמו גם דברים כמו שמירה נייחת המדגם (כולל, למשל, את הבמה מיקרוסקופ) במהלך הרכישה. במאמר זה, סיכום של טכניקת פיונה ויתארו בקצרה דוגמאות של מחקר שבוצע באמצעות FIONA מדווח. ראשית, כיצד להגדיר את הציוד דרוש לשם ניסויי פיונה, כלומר, בסך הכל מיקרוסקופ פלואורסצנטי ההשתקפות הפנימי (TIRFM), עם פרטים על יישור אופטיקה, מתואר. אז איךלבצע ניסוי FIONA פשוט על הלוקליזציה של מולקולות בודדות Cy3-DNA המשותק באמצעות פרוטוקולים מתאימים, בא לידי ביטוי. אחרי זה, את השימוש בFIONA כדי למדוד את גודל צעד 36 ננומטר של מנוע Va יחיד שרירן הקטוע שכותרתו עם נקודה קוונטית מוצג. שרירן Va הוא חלבון מנוע התהליכית חיוני אשר נושא מטען סלולארי בזמן translocating לאורך סיביים אקטין. כאן שרירן Va לבנות קטום משמש כדי להסיר תחומים רלוונטיים לגודל הצעד, ועם תג דגל נוספו לC-הסופי כדי לאפשר הקלות של תיוג עם נקודות קוונטיות פונקציונליות עם נוגדני Anti-FLAG. ניסוי זה נעשה תחת ATP הנמוך להאט את שרירן ולאפשר את השימוש בזמני חשיפה ארוכים מספיק כדי לקבל ספירת פוטון טובה בכל מסגרת. כל תווית ניאון מספיק בהירה יכולה להיות תחליף בפרוטוקול הבא. לבסוף, המאמץ האחרון של הארכת היישום של פיונה לדגימות עבות מדווח. כעיקרון הוכחה של, נקודות קוונטיות היו ספוגותבסול ג&#39;ל וקרניות עיני ארנב ולאחר מכן צילם ומקומי באמצעות פיונה. להדמיה, מטרת טבילת 60X מים עם NA = 1.2 שימשו כי יעד זה יש מרחק כבר לא עובד יותר אובייקטיבי טבילת שמן ששימש בעבר 100X. כדי לפצות על האובדן בהגדלה במטרה, עדשה נוספת להגדלה החזקה (3.3X או 4.0x) הוכנסה בנתיב הפליטה. בנוסף, עלית הקרינה (לא TIR) מיקרוסקופיה צריכה לשמש כדי לגשת אזורים עמוקים בדגימות העבות. הוא הראה כי נקודות קוונטיות ספוגות עמוק בסול ג&#39;ל ובקרניות עיני ארנב (Z&gt; 200 מיקרומטר) יכול להיות מקומיות עם 2-3 דיוק ננומטר.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1083">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:211px;">Company</td>
			<td style="width:211px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:443px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Double-sided tape</td>
			<td style="width:211px;">3M</td>
			<td style="width:211px;">--</td>
			<td>~ 75 um thick</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">EMCCD camera</td>
			<td style="width:211px;">Andor Technology</td>
			<td style="width:211px;">DU-897E-CS0-#BV</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Ultrasonic cleaner</td>
			<td style="width:211px;">Branson</td>
			<td style="width:211px;">2510</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Fluorescence filter set</td>
			<td style="width:211px;">Chroma</td>
			<td style="width:211px;">49016</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Actin polymerization buffer&#160;</td>
			<td style="width:211px;">Cytoskeleton&#160;</td>
			<td style="width:211px;">BSA02</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Biotin G-actin</td>
			<td style="width:211px;">Cytoskeleton&#160;</td>
			<td style="width:211px;">AB07</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">G-actin&#160;</td>
			<td style="width:211px;">Cytoskeleton&#160;</td>
			<td style="width:211px;">AKL95</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">General actin buffer&#160;</td>
			<td style="width:211px;">Cytoskeleton&#160;</td>
			<td style="width:211px;">BSA01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Laser shutter (with driver)</td>
			<td style="width:211px;">Electro-Optical Products Corp.&#160;</td>
			<td style="width:211px;">SH-10-MP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:220px;">IDL</td>
			<td style="width:211px;">Exelis Visual Information Solutions</td>
			<td style="width:211px;">--</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Neutravidin&#160;</td>
			<td style="width:211px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:211px;">PI-31000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Coverslip</td>
			<td style="width:211px;">Fisherbrand&#160;</td>
			<td style="width:211px;">22X30-1.5</td>
			<td>0.16-0.19 mm thick</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Microscope slide</td>
			<td style="width:211px;">Gold Seal Microslides&#160;</td>
			<td style="width:211px;">30103X1</td>
			<td>0.93-1.05 mm thick</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Plasma cleaner</td>
			<td style="width:211px;">Harrick Plasma</td>
			<td style="width:211px;">PDC-001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Glass bottom dish&#160;</td>
			<td style="width:211px;">In Vitro Scientific</td>
			<td style="width:211px;">D35-20-1.5-N</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Cy3-DNA oligos</td>
			<td style="width:211px;">Integrated DNA Technologies</td>
			<td style="width:211px;">--</td>
			<td>5&#39;-Cy3/GCCTCGCTGCCGTCGCCA-3&#39;Bio</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Fluorescent beads&#160;</td>
			<td style="width:211px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:211px;">T-7280</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Qdot 605-streptavidin&#160;</td>
			<td style="width:211px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:211px;">Q10101MP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Qdot605&#160;</td>
			<td style="width:211px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:211px;">Q21301MP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Qdot705</td>
			<td style="width:211px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:211px;">Q22021MP&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:220px;">Qdot705 Antibody Conjugation Kit</td>
			<td style="width:211px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:211px;">Q22061MP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Matlab</td>
			<td style="width:211px;">MathWorks</td>
			<td style="width:211px;">--</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Optical table</td>
			<td style="width:211px;">Newport Corp</td>
			<td style="width:211px;">--</td>
			<td>RS4000 Series</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">60X Objective</td>
			<td style="width:211px;">Nikon</td>
			<td style="width:211px;">Plan Apo VC 60x WI</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">100X Objective</td>
			<td style="width:211px;">Olympus</td>
			<td style="width:211px;">PlanApo 100X/1.45 Oil &#8734;/0.17</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">60X Objective</td>
			<td style="width:211px;">Olympus</td>
			<td style="width:211px;">UPlanApo 60X/1.20W</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Inverted microscope</td>
			<td style="width:211px;">Olympus</td>
			<td style="width:211px;">IX71/IX70/IX81</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Origin</td>
			<td style="width:211px;">OriginLab</td>
			<td style="width:211px;">--</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Anti-FLAG antibody</td>
			<td style="width:211px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:211px;">F7425-.2MG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">ATP</td>
			<td style="width:211px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:211px;">A7699</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">BME&#160;</td>
			<td style="width:211px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:211px;">63689-25ML-F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">BSA</td>
			<td style="width:211px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:211px;">A7906</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">BSA-biotin</td>
			<td style="width:211px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:211px;">A8549-10MG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">CK</td>
			<td style="width:211px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:211px;">C3755</td>
			<td>Creatine Phosphokinase from rabbit muscle</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">CP</td>
			<td style="width:211px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:211px;">P1937</td>
			<td>Phosphocreatine di(tris) salt</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">DTT</td>
			<td style="width:211px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:211px;">43815</td>
			<td>DL-Dithiothreitol</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">EGTA</td>
			<td style="width:211px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:211px;">E3889</td>
			<td>Ethylene glycol-bis(2-aminoethylether)-N,N,N&#8242;,N&#8242;-tetraacetic acid</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">HCl&#160;</td>
			<td style="width:211px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:211px;">93363-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">HEPES&#160;</td>
			<td style="width:211px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:211px;">H0887</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">KCl</td>
			<td style="width:211px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:211px;">P9333</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">MgCl2</td>
			<td style="width:211px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:211px;">M1028</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">NaCl</td>
			<td style="width:211px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:211px;">S7653</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">PCA</td>
			<td style="width:211px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:211px;">03930590</td>
			<td>Protocatechuic acid&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">PCD</td>
			<td style="width:211px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:211px;">P8279</td>
			<td>Protocatechuate-3,4-dioxygenase&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">TMOS</td>
			<td style="width:211px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:211px;">341436-25G</td>
			<td>Tetramethyl orthosilicate</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Tris-HCl&#160;</td>
			<td style="width:211px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:211px;">93363</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Trolox</td>
			<td style="width:211px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:211px;">238813</td>
			<td>6-hydroxy-2,5,7,8-tetramethylchromane-2-carboxylic acid</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:220px;">1&#8221; diameter broadband dielectric mirrors with mounts</td>
			<td style="width:211px;">Thorlabs&#160;</td>
			<td style="width:211px;">BB1-E02, KM100</td>
			<td>Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">&#189;&#8221; diameter posts</td>
			<td style="width:211px;">Thorlabs&#160;</td>
			<td style="width:211px;">TR4</td>
			<td>Quantity &#8805; 6</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">10x beam expander</td>
			<td style="width:211px;">Thorlabs&#160;</td>
			<td style="width:211px;">BE10M-A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:220px;">2&#8221; diameter broadband dielectric mirrors with mounts</td>
			<td style="width:211px;">Thorlabs&#160;</td>
			<td style="width:211px;">BB2-E02, KM200</td>
			<td>Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:220px;">2&#8221; diameter f = 300 mm lens with mount</td>
			<td style="width:211px;">Thorlabs&#160;</td>
			<td style="width:211px;">LA1256-A, LMR2</td>
			<td>TIR lens</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Fluorescent alignment target&#160;</td>
			<td style="width:211px;">Thorlabs&#160;</td>
			<td style="width:211px;">VRC2SM1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Laser safety goggles</td>
			<td style="width:211px;">Thorlabs&#160;</td>
			<td style="width:211px;">LG3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">ND filter(s)</td>
			<td style="width:211px;">Thorlabs&#160;</td>
			<td style="width:211px;">FW1AND</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Optical beam profiler</td>
			<td style="width:211px;">Thorlabs&#160;</td>
			<td style="width:211px;">BP209-VIS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Post-mounted iris diaphragm</td>
			<td style="width:211px;">Thorlabs&#160;</td>
			<td style="width:211px;">ID25</td>
			<td>Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Shearing interferometer</td>
			<td style="width:211px;">Thorlabs&#160;</td>
			<td style="width:211px;">SI100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">XYZ translation stage, &#189;&#8221; travel&#160;</td>
			<td style="width:211px;">Thorlabs&#160;</td>
			<td style="width:211px;">T12XYZ</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:220px;">Laser</td>
			<td style="width:211px;">World Star Technologies&#160;</td>
			<td style="width:211px;">TECGL-30</td>
			<td>532 nm, 30 mW</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fluorescence imaging with one-nanometer accuracy (fiona)

דימות פלואורסצנטי עם דיוק אחד ננומטר (FIONA) היא טכניקה פשוטה אך שימושית לאיתור fluorophores היחיד עם דיוק ננומטר במישור XY. הנה סיכום של טכניקת פיונה דיווח ודוגמאות של מחקר שבוצעו באמצעות FIONA יתוארו בקצרה. ראשית, כיצד להגדיר את הציוד דרוש לשם ניסויי פיונה, כלומר, בסך הכל מיקרוסקופ פלואורסצנטי ההשתקפות הפנימי (TIRFM), עם פרטים על יישור אופטיקה, מתואר. אז איך לבצע את ניסוי FIONA פשוט על הלוקליזציה של מולקולות בודדות Cy3-DNA המשותק באמצעות פרוטוקולים מתאימים, ואחריו את השימוש בFIONA כדי למדוד את גודל צעד 36 ננומטר של מנוע Va יחיד שרירן הקטוע שכותרתו עם נקודה קוונטית, בא לידי ביטוי. לבסוף, המאמץ האחרון כדי להרחיב את היישום של פיונה לדגימות עבות מדווח. הוא הראה כי, באמצעות מטרת טבילה במים ונקודות קוונטיות ספוגות עמוקות בסול ג&#39;ל וקרניות עיני ארנב (&gt;200 מיקרומטר), דיוק לוקליזציה של 2-3 ננומטר יכול להיות מושגת.

התקנת TIRFM אובייקטיבי מסוג טיפוסית מוצגת באיור 3. ראשון, מדגם Cy3-DNA-משותק משטח היה צילם. תמונה טיפוסית מוצגת באיור 4 א. התמונה צולמה עם זמן חשיפה 0.5 שניות, עם רווח EM = 50 ורגישות CCD = 12.13 למצלמה. נקודת התפשטות הפונקציה (כוחות הביטחון הפלסטיניים) של מולקולת Cy3-DNA בודד מוצגת באיור 4 ב (מהמקום המסומן בחץ באיור 4 א), שבו הצבע בר מציג את הסולם של עוצמות פיקסל. ספירת הפוטון בפועל יכולה להיות מחושבת על ידי הכפלה בעוצמות פיקסל על ידי גורם המרה, רגישות α = CCD / רווח EM. מקום זה מכיל כ 14,000 פוטונים (לאחר תיקון לרקע). כוחות הביטחון הפלסטיניים מכן מצויד בפונקציה דו ממדי גאוס, f (x, y) = z 0 + · exp (- x (x-μ) 2 / (2s x 2) - (y - &amp; #181; y) 2 / (2s y 2)), כפי שמוצג באיור 4C (עם שאריות ראויים שמוצגים באיור 4d). הדיוק של לוקליזציה מחושב לאחר מכן על ידי <img alt="משוואה 2" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51774/results_eqn.jpg" width="200" /> , שבו אני = x או y, s i הוא סטיית התקן של הולם, N הוא המספר הכולל הפוטון, הוא בגודל פיקסל, וb הוא סטיית התקן של רקע. בדוגמא ספציפית זו, N = 14528, = 106.67 ננומטר, זה x = 115.5 ננומטר, של y = 109.4 ננומטר, b = 18.9, וכתוצאה מכך precisions לוקליזציה של σ x = 1.3 ננומטר וy σ = 1.2 ננומטר. דיוק הלוקליזציה של fluorophore הוא כ פרופורציונאלי ל1 / √N, כלומר, יותר פוטונים, הלוקליזציה מדויקת יותר היא. עם זאת, ביישומים בפועל של פיונה, משך זמן של תצפית ניסיונית הוא שיקול נוסף. לכן אחתבאופן כללי צריכים להבין התחלופה בין דיוק לוקליזציה ומשך תצפית ולתכנן קדימה. במצבים כאלה, זה בדרך כלל מועיל כדי לקבוע כמה פוטונים בסך הכל fluorophore הוא מסוגל לפלוט לפני photobleaching. עקבות טיפוסיות של ספירת פוטון לעומת מסגרת מוצגת באיור 4e. מתאים מעריכי נותן כי מספר הפוטונים הממוצע ~ 1.4 x 10 6 (איור 4F). תהליך ניתוח נתוני מדידת צעד בגודל שרירן מוצג באיור 5. ראשון, קובץ וידאו עם אות לרעש טובה של שרירן אחד כפי שהוא הולך לאורך נימה אקטין הוא נתפסה. 5a איור מראה שלוש מסגרות מוידאו צולם ב100 חשיפה אלפיות שנייה עם מטרת טבילת שמן 100X. כוחות הביטחון הפלסטיניים נעו לאחר מכן מעקב באמצעות קובץ וידאו הקצוץ באמצעות קוד מותאם אישית נכתב בIDL כדי לחלץ מידע מרחק לעומת זמן, אשר הניח באמצעות T-testלצעדים. איור 5 הופעות עם המרחק לעומת זמן (אדום) ואת שלב מאתר פלט (לבן). טעויות לוקליזציה בכל מסגרת מטשטשת את צורת המדרגות של העקבות, אז זה הוא קריטי כדי להשיג ספירת פוטון בכל מסגרת שמתאימה לשגיאת לוקליזציה פחות ממחצית מגודל הצעד התיאורטי אחד רוצה לראות. איור 5c תערוכות צעדים מכמה עקבות לשלב היסטוגרמה אחד כי הוא גאוס-מופצת על גודל צעד שרירן האמיתי. כושר גאוס לפחי היסטוגרמה מניב מדידת גודל צעד סופית של 35.8 ± 0.4 ננומטר. משום דגימות סול ג&#39;ל והקרנית שקופות, לייזרי עירור יכולים לחדור עמוק לתוך הדגימות מבלי שפזורים יותר מדי. בנוסף, אוטומטי הקרינה מהמדגם ממוזערת. כאשר כותרתו עם ריכוז נמוך של נקודות קוונטיות, ניתן לאסוף הקרינה מQdots העמוקה במדגם גבוה יחס אות לרעש.שימוש במטרת מים נותן לנו את מרחק העבודה של 270 או 280 מיקרומטר, מה שאומר שאפשר להתמקד ככל 280 מיקרומטר מן coverslip. זה מאפשר לנו לבצע ניתוח FIONA על נקודות קוונטיות בדגימות עבות. לנקודות קוונטיות במדגם סול ג&#39;ל, דיוק לוקליזציה של 1-2 ננומטר ליד coverslip ו2-3 ננומטר ב280 מיקרומטר עמוק לתוך המדגם (6 א-6b דמויות) מושגת. לנקודות קוונטיות במדגם ביולוגי (חלק מקרנית מעין ארנב, 6e איור), דיוק לוקליזציה של 1-2 ננומטר ליד coverslip ו2-3 ננומטר ב ~ 223 מיקרומטר עמוקים לתוך המדגם (איורים 6 ג-6 ד) מושגת. יצוין, כי דיוק הלוקליזציה הוא השתפר על ידי שימוש בעדשת הגדלה נוספת, שבלעדיו דיוק לוקליזציה של 6-7 ננומטר הושג. זה עולה בקנה אחד עם מחקרים קודמים שהראו כי מספריים דיוק הלוקליזציה ניתן לשפר על ידי שינוי גודל פיקסל האפקטיבי מ~ 200ננומטר ל~ 50 ננומטר גם אם המספר הכולל של פוטונים שנאספו עשוי להיות נמוך יותר בשל השתקפויות נוספות / refractions 18. <img alt="איור 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51774/51774fig3highres.jpg" width="500" /> איור 3 תצורה אופטית. התצורה האופטית של מיקרוסקופיה הכוללת הקרינה השתקפות פנימית (TIRF).) היא תמונה כאשר לייזר הוא במצב TIRF ו ב) הוא צורת קרן הלייזר על התקרה כאשר לייזר הוא בעלית תאורה. <img alt="איור 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51774/51774fig4highres.jpg" width="500" /> לוקליזציה איור 4 של Cy3-DNA המשותק.) תמונת CCD (256 x 256 פיקסלים) של Cy3-DNA. תמונת CCD של מולקולת Cy3-DNA בודד ב), שצוינו על ידי ילחץ נמוך ב). ג) התאמת פונקצית נקודת התפשטות של מולקולת Cy3-DNA היחיד עם פונקצית גאוס דו ממדים.. ה) ד) שאריות התאמה מג) פוטון לספור לעומת מספר מסגרת. הפצה ו) מספר הפוטונים הנפלטים על ידי מולקולת Cy3 לפני photobleaching. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/51774/51774fig4highres.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51774/51774fig5highres.jpg" width="500" /> איור 5 שרירן הליכה שנצפה על ידי פיונה. ) פריימים מתוך קובץ דוגמא הנתונים המתאימים לט = 0 שניות, 30 שניות, ו60 שניות. מבנה שרירן-qdot נע בלאורך דרך ישרה, וספירה טובה פוטון (&gt; 5,000) בכל מסגרת. ב) יישום של פיונה לכל yie מסגרתLDS עקבות מרחק לעומת זמן שזממה באדום. אלגוריתם צעד מציאת מבוסס על T-הבדיקה משמש לאחר מכן כדי לחלץ צעדים בודדים, והפלט הוא מעולף בלבן. גדלי שלב מסומנים בלבן ביחידות של ננומטר. ג) מדרגות מעקבות מרובות משולבים בהיסטוגרמה. גדלי הצעד הנמדדים הם על 35.8 ± 0.4 ננומטר-הופץ גאוס. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/51774/51774fig5highres.jpg" target="_blank">אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51774/51774fig6highres.jpg" width="500" /> איור 6 ניתוח FIONA על נקודות קוונטיות עמוקות בדגימות עבות.) תמונה של פלורסנט QD 605 בסול ג&#39;ל בZ = 280 מיקרומטר עם 90X הגדלה. ב) פונקצית התפשטות נקודת QD מסומן ב). σ x = 2.6 ננומטר, σ y = 2.3 ננומטר. כל יחידה בX וציר Y מייצגת תמונה 266.7 ננומטר. ג) פלורסנט של QD 655 ברקמת קרנית ארנב בZ = 223 מיקרומטר עם 360x הגדלה. ד) כוחות הביטחון הפלסטיניים של QD מסומן בג). σ x = 2.2 ננומטר, σ y = 3.6 ננומטר. כל יחידה בציר X ו Y מייצגת 44.4 ננומטר. ה) תמונות של רקמת הקרנית רכובה על coverslip. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/51774/51774fig6highres.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Fluorescence Imaging with One-nanometer Accuracy FIONA at JoVE.com

Fluorescence Imaging with One-nanometer Accuracy FIONA

יכול להיות מקומי fluorophores יחיד עם דיוק ננומטר באמצעות פיונה. הנה סיכום של טכניקת FIONA מדווח, וכיצד לבצע את ניסויי FIONA מתואר.

דימות פלואורסצנטי עם דיוק אחת ננומטר (FIONA)

Fluorescence imaging with one-nanometer accuracy (FIONA) is a simple but useful technique for localizing single fluorophores with nanometer precision in ...

fluorescence-imaging-with-one-nanometer-accuracy-fiona

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Biology

Fluorescence Imaging with One-nanometer Accuracy (FIONA)

17.6K Views.  University of Illinois at Urbana-Champaign.  יכול להיות מקומי fluorophores יחיד עם דיוק ננומטר באמצעות פיונה. הנה סיכום של טכניקת FIONA מדווח, וכיצד לבצע את ניסויי FIONA מתואר. 

Video: Fluorescence Imaging with One-nanometer Accuracy FIONA

Labeling Stem Cells with Fluorescent Dyes for non-invasive Detection with Optical Imaging

Optical imaging (OI) is an easy, fast and inexpensive tool for in vivo monitoring of new stem cell based therapies. The technique is based on ex vivo labeling of stem cells with a fluorescent dye, subsequent intravenous injection of the labeled cells and visualization of their accumulation in specific target organs or pathologies. The presented technique demonstrates how we label human mesenchymal stem cells (hMSC) by simple incubation with the lipophilic fluorescent dye DiD (C67H103CIN2O3S) and how we label human embryonic stem cells (hESC) with the FDA approved fluorescent dye Indocyanine Green (ICG). The uptake mechanism is via adherence and diffusion of the lypophilic dye across the phospholipid cell membrane bilayer. The labeling efficiency is usually improved if the cells are incubated with the dye in serum-free media as opposed to incubation in serum-containing media. Furthermore, the addition of the transfection agent Protamine Sulfate significantly improves contrast agent uptake.

This video shows techniques for labeling of human embryonic stem cells and mesenchymal stem cells with fluorescent dyes. This technique can be used for an in vivo tracking of transplanted stem cells with optical imaging and for histopathological correlations with fluorescence microscopy.

תיוג בתאי גזע עם צבעי ניאון על איתור פולשני עם דימות אופטי

Optical imaging (OI) is an easy, fast and inexpensive tool for in vivo monitoring of new stem cell based therapies. The technique is based on ex vivo ...

Visualizing Single-molecule DNA Replication with Fluorescence Microscopy

We describe a simple fluorescence microscopy-based real-time method for observing DNA replication at the single-molecule level. A circular, forked DNA template is attached to a functionalized glass coverslip and replicated extensively after introduction of replication proteins and nucleotides (Figure 1). The growing product double-strand DNA (dsDNA) is extended with laminar flow and visualized by using an intercalating dye. Measuring the position of the growing DNA end in real time allows precise determination of replication rate (Figure 2). Furthermore, the length of completed DNA products reports on the processivity of replication. This experiment can be performed very easily and rapidly and requires only a fluorescence microscope with a reasonably sensitive camera.


This protocol demonstrates a simple single-molecule fluorescence microscopy technique for visualizing DNA replication by individual replisomes in real time.

חזותי יחיד מולקולת הדנ&quot;א שכפול עם מיקרוסקופ פלואורסצנטי

We describe a simple fluorescence microscopy-based real-time method for observing DNA replication at the single-molecule level. A circular, forked DNA ...

Time-lapse Imaging of Mitosis After siRNA Transfection

Changes in cellular organization and chromosome dynamics that occur during mitosis are tightly coordinated to ensure accurate inheritance of genomic and cellular content. Hallmark events of mitosis, such as chromosome movement, can be readily tracked on an individual cell basis using time-lapse fluorescence microscopy of mammalian cell lines expressing specific GFP-tagged proteins. In combination with RNAi-based depletion, this can be a powerful method for pinpointing the stage(s) of mitosis where defects occur after levels of a particular protein have been lowered. In this protocol, we present a basic method for assessing the effect of depleting a potential mitotic regulatory protein on the timing of mitosis. Cells are transfected with siRNA, placed in a stage-top incubation chamber, and imaged using an automated fluorescence microscope. We describe how to use software to set up a time-lapse experiment, how to process the image sequences to make either still-image montages or movies, and how to quantify and analyze the timing of mitotic stages using a cell-line expressing mCherry-tagged histone H2B. Finally, we discuss important considerations for designing a time-lapse experiment. This strategy is complementary to other approaches and offers the advantages of 1) sensitivity to changes in kinetics that might not be observed when looking at cells as a population and 2) analysis of mitosis without the need to synchronize the cell cycle using drug treatments. The visual information from such imaging experiments not only allows the sub-stages of mitosis to be assessed, but can also provide unexpected insight that would not be apparent from cell cycle analysis by FACS.

Here we describe a basic protocol to image and quantify the mitotic timing of live mammalian tissue culture cells after siRNA transfection.

זמן לשגות הדמיה של מיטוזה לאחר transfection siRNA

Changes in cellular organization and chromosome dynamics that occur during mitosis are tightly coordinated to ensure accurate inheritance of genomic and ...

Cell Electrofusion Visualized with Fluorescence Microscopy

Cell electrofusion is a safe, non-viral and non-chemical method that can be used for preparing hybrid cells for human therapy. Electrofusion involves application of short high-voltage electric pulses to cells that are in close contact. Application of short, high-voltage electric pulses causes destabilization of cell plasma membranes. Destabilized membranes are more permeable for different molecules and also prone to fusion with any neighboring destabilized membranes. Electrofusion is thus a convenient method to achieve a non-specific fusion of very different cells in vitro. In order to obtain fusion, cell membranes, destabilized by electric field, must be in a close contact to allow merging of their lipid bilayers and consequently their cytoplasm. In this video, we demonstrate efficient electrofusion of cells in vitro by means of modified adherence method. In this method, cells are allowed to attach only slightly to the surface of the well, so that medium can be exchanged and cells still preserve their spherical shape. Fusion visualization is assessed by pre-labeling of the cytoplasm of cells with different fluorescent cell tracker dyes; half of the cells are labeled with orange CMRA and the other half with green CMFDA. Fusion yield is determined as the number of dually fluorescent cells divided with the number of all cells multiplied by two.

In this video we demonstrate efficient electrofusion of cells in vitro by means of modified adherence method using electroporation and the subsequent detection of fused cells visualization with fluorescence microscopy.

Electrofusion Cell דמיינו עם מיקרוסקופ פלואורסצנטי

Cell electrofusion is a safe, non-viral and non-chemical method that can be used for preparing hybrid cells for human therapy. Electrofusion involves ...

Microiontophoresis and Micromanipulation for Intravital Fluorescence Imaging of the Microcirculation

Microiontophoresis entails passage of current through a micropipette tip to deliver a solute at a designated site within an experimental preparation. Microiontophoresis can simulate synaptic transmission1 by delivering neurotransmitters and neuropeptides onto neurons reproducibly2. Negligible volume (fluid) displacement avoids mechanical disturbance to the experimental preparation. Adapting these techniques to the microcirculation3 has enabled mechanisms of vasodilation and vasoconstriction to be studied at the microscopic level in vivo4,5. A key advantage of such localized delivery is enabling vasomotor responses to be studied at defined sites within a microvascular network without evoking systemic or reflexive changes in blood pressure and tissue blood flow, thereby revealing intrinsic properties of microvessels.
A limitation of microiontophoresis is that the precise concentration of agent delivered to the site of interest is difficult to ascertain6. Nevertheless, its release from the micropipette tip is proportional to the intensity and duration of the ejection current2,7, such that reproducible stimulus-response relationships can be readily determined under defined experimental conditions (described below). Additional factors affecting microiontophoretic delivery include solute concentration and its ionization in solution. The internal diameter of the micropipette tip should be &tilde; 1 &mu;m or less to minimize diffusional 'leak', which can be counteracted with a retaining current. Thus an outward (positive) current is used to eject a cation and a negative current used to retain it within the micropipette.
Fabrication of micropipettes is facilitated with sophisticated electronic pullers8. Micropipettes are pulled from glass capillary tubes containing a filament that 'wicks' solution into the tip of the micropipette when filled from the back end ("backfilled"). This is done by inserting a microcapillary tube connected to a syringe containing the solution of interest and ejecting the solution into the lumen of the micropipette. Micromanipulators enable desired placement of micropipettes within the experimental preparation. Micromanipulators mounted on a movable base can be positioned around the preparation according to the topography of microvascular networks (developed below). 
The present protocol demonstrates microiontophoresis of acetylcholine (ACh+ Cl-) onto an arteriole of the mouse cremaster muscle preparation (See associated protocol: JoVE ID#2874) to produce endothelium-dependent vasodilation. Stimulus delivery is synchronized with digitized image acquisition using an electronic trigger. The use of Cx40BAC-GCaMP2 transgenic mice9 enables visualization of intracellular calcium responses underlying vasodilation in arteriolar endothelial cells in the living microcirculation.

Microiontophoresis entails movement of ions from a micropipette in response to a difference in electrical potential between the inside and outside of the micropipette. Biologically active molecules are thereby delivered in proportion to electrical current. We illustrate acetylcholine microiontophoresis in conjunction with micromanipulation to study endothelium-dependent vasodilation in the microcirculation.

Microiontophoresis ו המיקרומניפולציה עבור דימות פלואורסצנטי Intravital של microcirculation

Microiontophoresis entails passage of current through a micropipette tip to deliver a solute at a designated site within an experimental  preparation. ...

Simultaneous Multicolor Imaging of Biological Structures with Fluorescence Photoactivation Localization Microscopy

Localization-based super resolution microscopy can be applied to obtain a spatial map (image) of the distribution of individual fluorescently labeled single molecules within a sample with a spatial resolution of tens of nanometers. Using either photoactivatable (PAFP) or&#160;photoswitchable (PSFP) fluorescent proteins fused to proteins of interest, or organic dyes conjugated to antibodies or other molecules of interest, fluorescence photoactivation localization microscopy (FPALM) can simultaneously image multiple species of molecules within single cells. By using the following approach, populations of large numbers (thousands to hundreds of thousands) of individual molecules are imaged in single cells and localized with a precision of ~10-30 nm. Data obtained can be applied to understanding the nanoscale spatial distributions of multiple protein types within a cell. One primary advantage of this technique is the dramatic increase in spatial resolution: while diffraction limits resolution to ~200-250 nm in conventional light microscopy, FPALM can image length scales more than an order of magnitude smaller. As many biological hypotheses concern the spatial relationships among different biomolecules, the improved resolution of FPALM can provide insight into questions of cellular organization which have previously been inaccessible to conventional fluorescence microscopy. In addition to detailing the methods for sample preparation and data acquisition, we here describe the optical setup for FPALM. One additional consideration for researchers wishing to do super-resolution microscopy is cost: in-house setups are significantly cheaper than most commercially available imaging machines. Limitations of this technique include the need for optimizing the labeling of molecules of interest within cell samples, and the need for post-processing software to visualize results. We here describe the use of PAFP and PSFP expression to image two protein species in fixed cells. Extension of the technique to living cells is also described.

We demonstrate the use of fluorescence photo activation localization microscopy (FPALM) to simultaneously image multiple types of fluorescently labeled molecules&#160;within cells. The techniques described yield the localization of thousands to hundreds of thousands of individual fluorescent labeled proteins, with a precision of tens of nanometers&#160;within single cells.

Localization-based super resolution microscopy can be applied to obtain a spatial map (image) of the distribution of individual fluorescently labeled ...

Rapid Analysis and Exploration of Fluorescence Microscopy Images

Despite rapid advances in high-throughput microscopy, quantitative image-based assays still pose significant challenges. While a variety of specialized image analysis tools are available, most traditional image-analysis-based workflows have steep learning curves (for fine tuning of analysis parameters) and result in long turnaround times between imaging and analysis. In particular, cell segmentation, the process of identifying individual cells in an image, is a major bottleneck in this regard.
Here we present an alternate, cell-segmentation-free workflow based on PhenoRipper, an open-source software platform designed for the rapid analysis and exploration of microscopy images. The pipeline presented here is optimized for immunofluorescence microscopy images of cell cultures and requires minimal user intervention. Within half an hour, PhenoRipper can analyze data from a typical 96-well experiment and generate image profiles. Users can then visually explore their data, perform quality control on their experiment, ensure response to perturbations and check reproducibility of replicates. This facilitates a rapid feedback cycle between analysis and experiment, which is crucial during assay optimization. This protocol is useful not just as a first pass analysis for quality control, but also may be used as an end-to-end solution, especially for screening. The workflow described here scales to large data sets such as those generated by high-throughput screens, and has been shown to group experimental conditions by phenotype accurately over a wide range of biological systems. The PhenoBrowser interface provides an intuitive framework to explore the phenotypic space and relate image properties to biological annotations. Taken together, the protocol described here will lower the barriers to adopting quantitative analysis of image based screens.

Here we describe a workflow for rapidly analyzing and exploring collections of fluorescence microscopy images using PhenoRipper, a recently developed image-analysis platform.

ראפיד ניתוח וחקירה של תמונות מיקרוסקופ פלואורסצנטי

Despite rapid advances in high-throughput microscopy, quantitative image-based assays still pose significant challenges. While a variety of specialized ...

Visualizing Stromule Frequency with Fluorescence Microscopy

Stromules, or "stroma-filled tubules", are narrow, tubular extensions from the surface of the chloroplast that are universally observed in plant cells but whose functions remain mysterious. Alongside growing attention on the role of chloroplasts in coordinating plant responses to stress, interest in stromules and their relationship to chloroplast signaling dynamics has increased in recent years, aided by advances in fluorescence microscopy and protein fluorophores that allow for rapid, accurate visualization of stromule dynamics. Here, we provide detailed protocols to assay stromule frequency in the epidermal chloroplasts of Nicotiana benthamiana, an excellent model system for investigating chloroplast stromule biology. We also provide methods for visualizing chloroplast stromules in vitro by extracting chloroplasts from leaves. Finally, we outline sampling strategies and statistical approaches to analyze differences in stromule frequencies in response to stimuli, such as environmental stress, chemical treatments, or gene silencing. Researchers can use these protocols as a starting point to develop new methods for innovative experiments to explore how and why chloroplasts make stromules.

Protocols to investigate the dynamics of chloroplast stromules, the stroma-filled tubules that extend from the surface of chloroplasts, are described.

חזותי תדר Stromule עם מיקרוסקופ פלואורסצנטי

Stromules, or "stroma-filled tubules", are narrow, tubular extensions from the surface of the chloroplast that are universally observed in plant cells but ...

Mixed Primary Cultures of Murine Small Intestine Intended for the Study of Gut Hormone Secretion and Live Cell Imaging of Enteroendocrine Cells

The gut is the largest endocrine organ of the body, with hormone-secreting enteroendocrine cells located along the length of the gastrointestinal epithelium. Despite their physiological importance, enteroendocrine cells represent only a small fraction of the epithelial cell population and in the past, their characterization has presented a considerable challenge resulting in a reliance on cell line models. Here, we provide a detailed protocol for the isolation and culture of mixed murine small intestinal cells. These primary cultures have been used to identify the signaling pathways underlying the stimulation and inhibition of gut peptide secretion in response to a number of nutrients and neuropeptides as well as pharmacological agents. Furthermore, in combination with the use of transgenic fluorescent reporter mice, we have demonstrated that these primary cultures become a powerful tool for the examination of fluorescently-tagged enteroendocrine cells at the intracellular level, using methods such as patch clamping and single-cell calcium and cAMP-FRET imaging.

This protocol describes the isolation and culture of mixed murine small intestinal cells. These primary intestinal cultures enable the investigation of signaling pathways underlying gut peptide secretion using a number of techniques.

תרבויות עיקריות מעורבות של Murine מעי דק המיועד לחקר הפרשת הורמון גוט וההדמיה של תא חי תאי Enteroendocrine

The gut is the largest endocrine organ of the body, with hormone-secreting enteroendocrine cells located along the length of the gastrointestinal ...

Fluorescence Recovery after Photobleaching of Yellow Fluorescent Protein Tagged p62 in Aggresome-like Induced Structures

Fluorescence recovery after photobleaching (FRAP)&#160;is a microscopy technique that can be used to quantify protein mobility in live cells. In a typical FRAP experiment, steady-state fluorescence is observed by repeated imaging with low-intensity laser light. Subsequently, the fluorescent molecules are rapidly and irreversibly impaired via brief exposure to high-intensity laser light. Information about protein mobility is obtained by monitoring the recovery of fluorescence. We used FRAP to determine the mobility of p62 in aggresome-like induced structures (ALIS) in murine macrophages after stimulation with lipopolysaccharide (LPS). Because many existing FRAP protocols are either incomplete or complex, our goal was to provide a comprehensive, practical, and straightforward step-by-step protocol for FRAP experiments with live cells. Here, we describe RAW264.7 macrophage transfection with yellow fluorescent protein-p62 (YFP-p62), induction of ALIS by exposing the cells to LPS, and a step-by-step method for collecting prebleach and postbleach FRAP images and data analysis. Finally, we discuss important factors to consider when conducting a FRAP experiment.

We describe a comprehensive and practical protocol for fluorescence recovery after photobleaching experiments with live cells. Although the protocol was used to measure the mobility of yellow fluorescent protein-tagged p62 in aggresome-like induced structures, it can be applied to a variety of microscopy systems and fluorescent proteins.

קרינה פלואורסצנטית התאוששות לאחר Photobleaching של צהוב הניאון חלבון מתויג p62 במבנים המושרה כמו Aggresome

Fluorescence recovery after photobleaching (FRAP)&#160;is a microscopy technique that can be used to quantify protein mobility in live cells. In a typical ...