ابزارها و نرم افزار

  

یکی از اجزای اصلی مجموعه تحقیقات بیوفوتونیک ما مربوط به کاربرد فناوری نوری در مطالعه بیماریها و توسعه ابزارها و روشهای تشخیصی است. این پروژه های بیوفوتونیک به ویژه از بازخوانی های فلورسانس و مطالعات محلول مبتنی بر کووت در زمینه زیست شناسی مولکولی ، میکروسکوپ فوق العاده حل شده ، تجزیه و تحلیل محتوای بالا (HCA) ، تصویربرداری پیش بالینی و مطالعات بالینی شامل بیماران استفاده می کنند. این زمان هیجان انگیزی برای بیوفوتونیک است زیرا موانع سنتی برای مشاهده به عقب رانده می شوند و دانشمندان می توانند در مورد فرایندهای زیست مولکولی با جزئیات بی سابقه ، سرعت و ارتباط فیزیولوژیکی تصور کنند. هدف ما استفاده از تخصص ما در فناوری فوتونیک برای ایجاد ابزارها و فرصت های جدید برای زیست شناسی سلول مولکولی و کشف دارو است. چشم انداز ما ارائه تجزیه و تحلیل محتوای بالاتر در تمام مقیاس های اندازه گیری و در دسترس قرار دادن این ابزارها تا حد امکان با توسعه ابزارهای کم هزینه با نرم افزار منبع باز است.

برای اندازه گیری های متقابل زیست مولکولی مبتنی بر راه حل ، ما فلورومتر چند بعدی خودکار جدیدی را توسعه داده ایم که می تواند سیگنال های فلورسانس را با توجه به طول موج تحریک و انتشار ، طول عمر فلورسانس و قطبش در یک آزمایش واحد تجزیه و تحلیل کند. این ممکن است برای مطالعات مبتنی بر کووت استفاده شود و می توان پیکربندی کرد که به طور خودکار داده ها را از صفحات چند چوبی بدست آورد یا برای اندازه گیری از راه دور به یک کاوشگر فیبر نوری متصل می شود ، به عنوان مثال. از بافت بیولوژیکی این قابلیت برای مطالعات بدون برچسب در مورد سرطان ، بیماری های قلبی و آرتروز استفاده شده است.

برای تصویربرداری از سلولها و بافتهای بیولوژیکی ، ما طیف وسیعی از میکروسکوپهای فلورسانس ، از جمله میکروسکوپهای معمولی میدان وسیع و کل بازتاب داخلی (TIRF)-که ما برای میکروسکوپ محلی سازی تک مولکولی برای تصویربرداری فوق العاده حل شده-و لیزر توسعه داده ایم ، توسعه داده ایم. اسکن میکروسکوپ های کانونی/چند عکاسی ، که شامل اسکن پشت سر هم (دیسک Nipkow) برای مطالعات سریع سلول های زنده است ، میکروسکوپ کاهش انتشار (STED) را برای وضوح فوق العاده و میکروسکوپ چند عکاسی را برای کاربردهای بالینی و سایر موارد تحریک می کند. ما همچنین میکروسکوپ ورق نوری و توموگرافی نوری (OPT) را برای تصویربرداری سه بعدی از نمونه های سلولی و مزوسکوپی توسعه داده ایم ، که توسط آندوسکوپ ها و میکروسکوپ های داخل بینی برای تصویربرداری پیش بالینی و بالینی تکمیل شده است.

ما علاقه خاصی به تصویربرداری مادام العمر فلورسانس (FLIM) داریم و تقریباً با تمام روش های تصویربرداری خود FLIM را پیاده کرده ایم. ما همچنین سیگنال های فلورسانس را با توجه به طیف های تحریک و انتشار و قطبش حل می کنیم و یک پلت فرم فناوری چند بعدی تصویربرداری فلورسانس (MDFI) برای تحقیقات زیست پزشکی را تحقق می بخشیم. با همکاری همکارانمان در زمینه زیست شناسی و پزشکی ، ما به ویژه از فناوری MDFI خود برای اندازه گیری انتقال انرژی تشدید کننده Förster (FRET) برهم کنش های پروتئین و پروتئین استفاده می کنیم تا اطلاعاتی در مورد فرآیندهای سیگنال دهی سلول برای کشف دارو و مطالعات اساسی مکانیسم بیماری های مولکولی ارائه دهیم. ما یک ابزار منبع باز مبتنی بر MATLAB به نام FLIMfit برای تجزیه و تحلیل داده های FLIM ایجاد کرده ایم که عملکرد بی سابقه ای را ارائه می دهد ، از جمله برازش جهانی پروفایل های پوسیدگی پیچیده ، داده های FLIM با قطبش ، سری های زمانی و داده های FLIM از آرایه های صفحه چند لایه.

برای کشف دارو و برای تحقیقات بنیادی در علوم زیستی ، یک روند رو به افزایش در سراسر تصویربرداری خودکار وجود دارد - گاهی اوقات به عنوان تجزیه و تحلیل محتوای بالا (HCA) توصیف می شود. بدست آوردن خودکار 100 تا 1000 میدان دید می تواند داده های تصویری را برای سنجش های آماری قوی در عرض چند ساعت ارائه دهد ، تعصب اپراتور را از بین ببرد و سرعت کشف و غربالگری بسیار فراتر از آنچه با میکروسکوپ دستی امکان پذیر است را تسریع کند. برای این منظور ما ابتدا دستگاههای خودکار چند صفحه ای FLIM را توسعه دادیم که برای هر FOV فقط چند دقیقه زمان نیاز دارد ، از جمله تمام نمونه ترجمه و مراحل تمرکز. این فناوری همراه با نرم افزار تجزیه و تحلیل مرتبط ، FLIM را به ابزاری کاربردی برای HCA سنجش سلول های ثابت یا زنده تبدیل می کند. ما از این فناوری FLIM HCA برای خواندن heteroFRET و homoFRET فعل و انفعالات پروتئینی-از جمله پروتئین های درون زا با برچسب فلورسنت-و خواندن بدون برچسب تغییرات در متابولیسم سلولی با استفاده از FLIM از خودافلورسانس خودکار NAD (P) H استفاده کرده ایم. ما همچنین یک تکنیک میکروسکوپ ورق سبک به نام میکروسکوپ صفحه مورب (OPM) اختراع کرده و توسعه داده ایم که با میکروسکوپ های ثابت و خواننده صفحات چند مخزن کار می کند و داده های حجمی تصویر را با سرعت ویدئو (25 vol/s) بدست می آورد. این امر امکان تصویربرداری از رویدادهای پویا در سلولهای زنده و تعیین کمی از دینامیک - از جمله مورفولوژی و مهاجرت سلولی - را در مقیاس در صفحات صفحه چند جداره فراهم می کند. این پلت فرم OPM برای تصویربرداری از سلولهای سه بعدی بسیار قدرتمند است و برای سنجش توان بالا از پویایی سلولهای ملانوم سه بعدی استفاده می شود. ما در حال توسعه یک رویکرد منبع باز برای HCA هستیم که می توان آن را بر روی میکروسکوپ های تجاری یا داخلی پیاده سازی کرد و اخیراً این مورد را در میکروسکوپ فوق حلقوی با توان بالا اعمال می کنیم.

کار ما در مورد میکروسکوپ فوق تفکیک شده با میکروسکوپ STED آغاز شد ، برای این کار ما اولین میکروسکوپ فوق واضح را ساختیم که شامل تشخیص زمان حل شده برای FLIM و خروج سیگنالهای غیرقابل حل است. این ابزار همچنین شامل یک تعدیل کننده نور فضایی (SLM) برای اولین نمایش اصلاح انحراف الکترونیکی و مهندسی PSF در یک میکروسکوپ STED بود. همچنین استفاده از لیزر Ti: Sapphire قفل شده در حالت برای ارائه پرتو لیزر کاهش و ایجاد تحریک قابل تنظیم از طریق انتخاب طیفی یک ابر قاره تولید شده در فیبر نوری ریز ساختار. ما این رویکرد را به 3D STED ، با استفاده از SLM برای ارائه یک پرتو کاهش 3D و جبران انحرافات نوری در نمونه ، گسترش دادیم. اخیراً ما رویکرد خود را برای توسعه easySLM-STED-تکنیکی مبتنی بر SLM که تراز آسان تیرهای برانگیختگی و تخلیه را فراهم می کند ، افزایش می دهیم ، زمینه های دید فوق العاده حل شده و جفت های پرتو تحریک/تخلیه چندگانه را برای تصویربرداری موازی افزایش می دهد. ما همچنین بر روی میکروسکوپ های محلی سازی تک مولکولی (SMLM) بر اساس PALM و STORM کار کرده و یک میکروسکوپ STORM با توان بالا را برای سنجش ها/صفحه ها و میانگین گیری ذرات تک در حال توسعه می دهیم. ما در ابتدا easySTORM را توسعه دادیم-یک روش جدید برای استفاده از لیزرهای دیود چند منظوره کم هزینه و قدرت بالا برای TIRF و STORM در زمینه های دید وسیع-و این را با یک روش جدید برای تسریع تجزیه و تحلیل ها تکمیل کردیم.