尼康N-SIM S 超分辨率显微镜系统

概述/主要特征

以两倍光学极限分辨率进行活细胞成像。

N-SIM S超分辨率显微镜采用独特的高速结构化照明系统，可实现高达15 fps的采集速度。这使其能以传统光学显微镜两倍的空间分辨率（XY高达115nm）捕捉快速的生物事件。结合N-SIM S和共聚焦显微镜，您可以灵活地选择共聚焦图像中的位点，并切换到超分辨率模式以展现样品细节。

主要特性

15 fps的高速超分辨率成像

尼康的新型高速结构化照明系统采用了一种新颖的图案调制技术，可以快速、精确地切换照明模式。N-SIM S实现了令人难以置信的采集速度（高达15 fps *），可实现活细胞和细胞内动态的超分辨率时间序列成像。

* 2D-SIM模式，512 x 512像素，2毫秒曝光时间

活细胞成像的分辨力是传统光学显微镜的两倍

N-SIM S采用尼康创新的结构化照明显微术方法。这项强大的技术与尼康著名的可以达到无与伦比的1.49数值孔径的物镜结合，N-SIM S几乎使传统光学显微镜的空间分辨力提高了一倍（达到约115 nm *），帮助用户观察到微小的胞内结构及其相互作用。

* 该值是在3D-SIM模式下用488nm激光激发的100nm小球的FWHM测量值。在TIRF-SIM模式中，使用用488nm激光激发的40nm小球实现86nm。

YFP标记的B16黑色素瘤细胞的微管

物镜：CFI Apochromat TIRF 100XC Oil(NA 1.49)

图像拍摄速度：大约1.8秒/幅 （动画）

重构方法：slice重构

拍摄合作伙伴：日本理化研究所定量生物学中心细胞极性调节实验室的Yasushi Okada博士

GFP标记的活HeLa细胞内质网（ER）

物镜：CFI Apochromat TIRF 100XC油（NA 1.49）
图像拍摄速度：约1.5s/f (动画）

重建方法：Slice
拍摄合作伙伴：福岛医科大学医学院生物医学科学研究所的Ikuo Wada博士

在照明模式之间自动切换

新开发的高速结构化照明技术不仅能够实现快速采集速率，还能实现照明模式之间的自动切换，以及针对不同波长和放大率的结构化照明模式的自动优化。这种扩展的自动化功能可实现快速双色TIRF-SIM成像以及不同SIM模式的多路复用。无论是单模还是多模态成像实验，N-SIM S都能提供易于使用的简化工作流程。

拍摄更大的视野

N-SIM S可以帮助用户拍摄到66微米见方的大视野的超分辨率图像。这个较大的成像区域使得从较大视野（例如神经元）受益的应用/样本的吞吐量非常高，从而减少了获取数据所需的时间和精力。

各种观察模式

TIRF-SIM / 2D-SIM模式

此模式可以高速捕捉超分辨率的2D图像，并具有令人难以置信的对比度。TIRF-SIM模式可实现全内反射荧光观察，其分辨力是传统TIRF显微镜的两倍，有助于更好地了解细胞表面的分子相互作用。

YFP标记的B16黑色素瘤细胞质膜

物镜：CFI Apochromat TIRF 100XC （NA 1.49）

拍摄合作伙伴：理化学研究所定量生物学中心
细胞极性调节实验室的Yasushi Okada士

3D-SIM模式

3D-SIM模式生成三维结构化照明图案，使横向和轴向分辨力提高两倍。两种重建方法（“slice”和“stack”）可根据应用的要求（例如样品厚度，速度等）优化结果。Slice重建适用于在特定深度成像活细胞，因为它支持轴向超分辨率成像，具有300nm分辨率的光学切片。基于Gustafsson理论的stack重建适用于采集3D数据，因为它能以比slice重建更高的对比度成像更厚的样本。

枯草芽孢杆菌细菌用膜染料尼罗红（红色）染色，并表达与GFP融合的细胞分裂蛋白DivIVA（绿色）。
超分辨率显微镜可在分裂过程中准确定位蛋白质。

重建方法：slice
图像来源： 纽卡斯尔大学细菌细胞生物学中心的Henrik Strahl博士和Leendert Hamoen博士

小鼠角质形成细胞间接免疫标记角蛋白中间丝，并用Alexa Fluor 488偶联的二抗显现。
重建方法：Stack
图像来源：亚琛工业大学的Reinhard Windoffer博士

样本信息：小鼠海马神经元中表达GFP的树突棘

图片提供：东京大学医学院和医学系细胞神经生物学系Yutaro Kashiwagi 和 Shigeo Okabe 博士。

样本信息：小鼠海马神经元中表达GFP的树突棘

动画来源：东京大学医学院和医学系细胞神经生物学系Yutaro Kashiwagi 和 Shigeo Okabe 博士。

同时双通道成像

• 选项

通过使用可选的两个相机成像适配器*和两个sCMOS相机，用户可以同时进行双色成像。

* 安道尔科技有限公司

在多尺度实验的成像模式之间无缝切换

N-SIM S可以与共聚焦显微镜（如A1 +）同时组合。可以在低放大率/大视野共聚焦图像中指定样本中的期望位置，并且通过简单地切换成像方法以超分辨率拍摄。将共聚焦显微镜与超分辨率系统相结合可以提供获得超分辨率信息的更大上下文视图的方法。

超分辨率显微镜的物镜

硅油物镜

硅油物镜使用高粘度硅油作为浸没液体。其折射率接近活细胞的折射率。由于这种改进的折射率兼容性，当在样品中更深地进行超分辨率成像时，这些物镜可以提供改进的光子收集能力和分辨率。它们在宽波长范围内表现出优异的色差校正和高透射率。

浸液物镜

超分辨系列物镜使用波前像差测量技术进行对准和检查，以确保超分辨率成像所需的最低可能的非对称像差和卓越的光学性能。HP型号物镜提供超高功率激光激发耐久性和改进的轴向色差校正，无需在N-SIM S和N-STORM系统之间切换物镜。支持Ti2-E显微镜自动校正环的AC型物镜可以精确，轻松地调整校正环。

干镜

N-SIM S兼容干镜，无需切换镜头即可实现超分辨率成像和共聚焦成像。低放大倍率、大视野干镜即使在样品组织的周边也能实现高分辨力观察。

* 干镜支持2D-SIM和3D-SIM（slice重建）

原理

结构化照明显微镜原理

覆盖已知的高空间频率图案可得到莫尔条纹，并对该条纹进行分析处理，进而从数学上恢复样品的亚分辨率结构

利用高空间频率激光干涉条纹照射样本内的亚分辨率结构产生可记录的莫尔条纹。这些莫尔条纹包括样本的亚分辨率结构的调制信息。

通过处理多个莫尔条纹图案来创建超分辨率图像。

通过处理多个莫尔图案图像来创建超分辨率图像

在该过程中捕获的莫尔条纹的图像包括样本内的微小结构的信息。捕获结构化照明的多个相位和取向，并且从莫尔条纹信息中提取移位的“超分辨率”信息。该信息在数学上在“傅立叶”或孔径空间重新组合，然后变换回图像空间，以两倍于传统显微镜的分辨率创建图像。

利用高频条纹照明将分辨率提高一倍

高分辨率，高空间频率信息的捕获受到物镜的数值孔径（NA）的限制，超出光学系统孔径的结构的空间频率（图A）将被排除在外。用高频结构化照明条纹照射样品，该照明条纹再与样品中超出经典分辨率极限的未知结构相乘，从而会在光学系统孔径内产生移位的“超分辨率”信息（图B）。

当这个“超分辨率”信息在数学上与物镜捕获的标准信息相结合时，它产生的分辨率大约是数值孔径两倍的物镜达到的分辨率（图C）。