MINFLUX — 世界最高分辨率光学显纳镜
1-3nm超高分辨率;10kHz高速分子追踪;一键式解决方案
MINFLUX 最高分辨率光学显纳镜
传统的单分子定位超分辨是通过相机采集尽量多的衍射极限像点,再通过算法来确立单个荧光分子的位置,实际产生的最好分辨率(xy)约为20nm。而MINFLUX反其道而行之,以尽可能小的激发强度和最少信号光子数,即时标定荧光分子的位置。以极低的信号光子数,在光学显微镜中首次获得<2nm的xy定位精度,并且成功推广到双色,三维和活细胞的应用中!
更多细节
三种方法都可以看到核孔复合物的多亚基结构,但只有MINFLUX能看到每一个亚基中特定蛋白的分布细节。Gal,1967,JCB;Loschberger,2011,JCS:Gwosch,2020,Nature methoos
更多颜色
双色3D核孔复合特MINFLUX成像,显示NUP96对称分布在内外核膜两侧,WGA分布在相当于双层核膜之间的位置。
更多角度
神经元突触后蛋白PSD-95的三维成像。
A 图中每一个绿色点代表一个蛋白簇,颜色深浅表示周围的点与中心点的距离。C 图可见,无论是在x、y、还是Z方向,MNFLUX的分辨率都在2nm水平。
MINFLUX分子追踪比相机快100倍
MINFLUX(minimal fluorescence flux)是最快的定位单个荧光分子的方法。
凭借革命性的MINFLUX光学显纳镜,Abberior仪器公司正在以创纪录的100us时间分辨率跟踪纳米级荧光分子,为所有生命科学研究领域打开了新的大门。
除了在大视场(10×15umFOV)上获得分子尺度分辨率(1-3nm)外,MINFLUX还能以高达10kHz的频率追踪分子,即以每100us时间分辨率来解析分子的运动。
MINFLUX的跟踪速度比传统的基于相机的方法快100倍。由于每次定位所需的光子数量较少,单分子追踪可以达到前所末有的空间分辨率(例如,以20nm定位精度,对单个分子连续追踪28000次)。
一键式快速切换MINFLUX分子成像和分子追踪模式!
2D MINFLUX追踪在脂双分子层中结合了Atto647N荧光染料的单个脂分子。在这次总长约3秒的追踪中,其定位精度为20nm,共定位28,000个数据点。
MINFLUX分子成像比共聚焦清晰100倍
MINFLUX(minimal fluorescence flux)是最精确、光子利用最有效的荧光分子定位方法。
Abberior仪器公司全新的MINFLUX系统,是第一台商业化的纳米分辨率的光学显微镜。
原代培养的海马神经元轴突中βⅡ血影蛋白的MINFLUX成像,分辨率< 2nm。可见血影蛋白沿轴突的周期性分布,同样细节不能被共聚焦成像技术分辨。
超分辨率成像技术克服了200-300nm的光学衍射分辨率障碍,在过去20年里为研究复杂的细胞结构和功能做出了惊人的贡献。常规的超分辨率方法可以达到约20-50nm的空间分辨率。
尽管影响巨大,但以前的方法未能实现荧光分子本身2-3nm尺度上的分辨率。利用革命性的全新定位原理,MINFLUX最终实现了这一壮举。
与其它超分辨率方法相比,它的分辨率跃升了约10倍,与共聚焦荧光成像相比,分辨率跃升了约100倍。
MINFLUX一个革命性概念
超分辨率技术通过减少同时激活的发射体数量来识别相邻的荧光分子,从而允许它们发射的光子被单独检测。每种方法实际上都以不同的方式实现这一点。
包括PALM、STORM和PAINT在内的单分子定位方法依赖于单个荧光分子的定位水平,它是通过演算相机采集的荧光点的最大值来确定分子的位置。有几个原因使得这种基于重心定位的精度很少超过20nm。
首先,许多分子在产生成百上千的光子以渲染更好的精度之前都会被漂白。其次,发射态分子未知的极性方向和湍动会影响相机上光点的精度,而且长时间的记录同样使得样品中的信号分子和样品本身的空间位置产生漂移。此外,有相当一部分的分子根本没有被定位,它们早就在产生基于相机方法定位所需的大光子数之前就消褪了。
在PALMSTORMPANT中,只有在检测到大量光子(多达数千个)的情况下才能实现高分辨率。长时间的记录,相机背景,分子湍动都会引人误差。
在STED显微镜中(左),损耗光束以多纳圈形状来防止所有周边分子的荧光发射,只允许处于多纳圈中心的分子正常激发,此处的损耗光束强度最低。因此,发射分子必须非常靠近多纳圈中心。有利的是,这种形式下只要探测到几个荧光光子就足以知道多纳圈中心(至少)有一个分子。由于发射位置由多纳圈定义,使用多纳圈可以免去几百上千次的光子探测(就像基于相机的定位方法所必需的),因此抑制共聚焦背景也成为可能。然而,小于20nm的分辨率需要非常高的多纳圈强度,这会导致严重的荧光分子漂白。
STED显微镜分辨率完全由多纳圈决定。虽然分辨率受限于荧光团所能承受的最大多纳圈强度,但和PALMSTORINPAINT方法相比所需的信号光子数要少得多,其分子的定位完全由多纳圈的位置决定。
MINFLUX显纳镜定义了一种全新的超分辨率方法,它集中了前两者的优点:1)发射荧光分子一次被激活一个,以获得尽可能最好的分子分离。2)利用多纳圈形式的荧光激发来定位,从根本上减少了最终高精度定位所需的大量信号光子数。它以中心光强为零的激发多纳圈在纳米范围实行一个巧妙的步序探测。多纳圈中心点离荧光分子越近,产生的荧光越低。通过优化多纳圈位置,进一步针对目标分子收缩,伴随精度的不断提高最终精确定位分子位置。
因此,通过多纳圈中心与分子位置相匹配,MINFLUX最大限度地减少荧光发光量,实现精度为1-3nm的可靠定位!依靠发射最小化而不是最大化,MINFLUX定位具有以下特点:
a)与生俱来的高速;
b)不丢弃弱发射分子;
c)荧光漂白最小化;
d)受漂移影响较小。
排除了相机光点重心定位方法中普遍的分子未知极性和湍动造成的精度严重下降的问题。
MINFLUX利用中心强度为零的激发多纳圈来探测荧光分子的位置。这一过程将纳米精度定位所需的荧光光子数量减少了几个数量级。
“提供分子本身尺度的空间分辨率,MINFLUX将是21世纪解开固定和活细胞中生物分子时空分布的关键方法。”
Stefan W.Hell MINFLUX发明者,“由于研发超分辨率荧光显微镜”而获得2014年诺贝尔化学奖
来自宽场荧光/共聚焦/STED/MINFLUX的全尺度卓越图像
任何传统的成像方式都可以添加到系统中,包括宽场,落射荧光,共聚焦和STED成像。您可以使用单一系统来满足微米至纳米成像的全尺度需求。
MINFLUX系统是围绕一台标准显微镜镜体构建——显纳镜!
MINFLUX是终极的超分辨率荧光显微镜的,能提供从宽场荧光、DIC、相差、共聚焦、STED,直到MINFLUX的多种成像方式。
从FaciltyLine显微镜来领略我们此领域里最尖端的STED技术:
相似的照明功率下,与cwSTED相比,脉冲STED激光提供了大幅领先的分辨率。此外,MINFLUX系统提供更全面的顶级技术如:全门控功能、全光谱检测、极高的APD探测灵敏度、适于活细胞的自适应照明STED、卓越稳定的easy3D STED技术、适于深层组织成像的自适应光学用于STED的自动聚焦,针对所有光束和针孔的全自动校准,STED FLIM等……
MINFLUX 100倍分辨率的提升改变所有的生物学定义
共聚焦
中间丝的共聚焦和2D MINFLUX成像。用Alexa647免疫标记培养哺乳动物细胞中的波形蛋白网络。
共聚焦
线粒体蛋白的共聚焦和2D MINFLUX成像。用Alexa647免疫标记外层膜蛋白Tom20。
MINFLUX 为革新而生
Abbberior仪器公司的科学家和研发人员深知顺畅而简单的仪器操作对于生物学研究极为重要。为了最大限度地提高用户体验,我们在稳定性极强的光学平台上,使用久经测试的可靠部件来制造MINFLUX。制造所用的各种超稳定模块化光机构件,其功能已经在世界各地数百台Abberior显微镜中被验证。
MINFLUX系统使用专有的光束扫描和整形技术。光束整形通过经典的easy3D技术实现,它能够提供精确可调的相位变化和像差校正。四振镜扫描系统确保完美的光束定位。彩虹光谱检测保证了最小的光损和最大的光谱选择自由度。此外,基于APD的探测系统提供了最大的量子探测效率(红光波段大于65%)。
对于操作MINFLUX,我们集成了两种独特的尖端技术:
EOM电光扫描,用前所未有的100kHz线频进行超高速,亚纳米精度光束定位;
自适应光学形变镜,可以用来进行几千赫兹的超高速z扫描。
当以纳米分辨率进行实验时,微小的样品漂移和抖动会大大影响结果。MINFLUX显纳镜配备了主动型亚纳米稳定技术。在MINFLUX成像过程中可使样品在数小时内完美维持静止,在3D各方向上的波动小于1nm。
最后,MINFLUX显纳镜提供了简单、易用并且高效的工作流程。MINFLUX图像只需简单三步就可获取。
1、预览扫描
2、定义感兴趣区
3、开始 MINFLUX图像采集
MINFLUX产品参数:
共聚焦和STED成像用激发激光 | 405(连续)、440、485、518、561、594、640nm,40MHz皮秒脉冲激光可选 |
STED 激光 | 775nm标准功率型1-1.25W@40MHz,AOM调控;高功率型2750mW@40MHz,AOM调控,成像分辨率<30nm,最高可以达到20nm; 595nm功率400mW@40MHz,AOM调控,成像分辨率<40nm。 |
显微镜 | 全电动倒置荧光显微镜;6孔电动物镜转盘,电动聚焦精度10nm;倾角可调目镜观察简,手动聚光镜,液晶触控面板;电动XY扫描台,宽场LED荧光照明405nm/470nm/590nm/635nm 宽场1280×9601/2英寸CCD,定制红外Z轴防漂移装置人机工学嵌入式主动防震台。 |
成像和扫猫单元 | 可选60×水(NA1.2)、100×油(NA14)或100×硅油(NA13)等物镜,匹配STED光斑; 标准配置2个APD检测器,最多可升级至8个APD检测器,每个APD配有最高质量滤色片或独立彩虹光谱检测套装保证低损、无背景,可变光谱检测;专利的4镜扫描(QUAD-scanner)光路设计、保证视野内任何位置的STED光斑处于完美状态,扫描分辨率16000×16000 |
共聚焦部分 | 脉冲激光结合高速、高量子效率光子计数级APD成像,门控检测16档电动针孔转轮。 |
STED超分辨率部分 | 像操作共聚焦显微镜一样,单次扫描可以直接呈现清断的超分辨图像; 全自动全光路校正模块、日常维护,对所有激光共聚焦、STED光路及针孔对中时间<2分钟; Easy3D STED模块通过空间光调制器(SLM)调控2D-3D STED光班分配和质量,单光路同轴产生3D STED光斑; 2D-STED分辨率<30nm×30mm,3D-STED分辨率<100nm×100nm×100nm,可达75nm×75rm×75nm |
可选自适应光学(Adeptive Opfics) | 空间光调制器(SLM)用于产生完美2D-3D STED多纳圈 并对其做光学误差校准; 可形变镜(DefomablemiTor)用于厚组织样品3D STED成像,并对全系统做光学误差校正 |
可选自适应照明(Adaptive llumination) | RESCue智能射模块,基于共聚焦预扫,非样品区STED光照剂量大幅降低,大大降低漂白; DyMIN智能照射模块,基于共聚焦信息,产生STED中间分辨率预扫,进一步减少最终STED的光剂量,同时增强信号强度约一个数量级,分辨率可达25nm(2D)(取决于标本和染料); MINFELD智能照射模块,利用STED光斑中心进行小视野的精细低漂白、高精度扫描,在200nm×200nm范国内分辨率可达20nm(2D)(取决于标本和染料)。 |
荧光染料 | 可提供Abberior STAR和LIVE系列,以及MINFLUX成像染料包,含缓冲液,具备极高的荧光量子产率、高信噪比和抗淬灭性。 |
STED和MINFLUX 成像软件 | 简化软件操作,高度自动化的设置引擎使用户完全不用操心非必要参数; 逐级开放允许高级用户完全控制。 |
MNFLUX专用激光器及全自动校准光路 | MINFLUX专用活化标本用激光405 nm(连续型)50mW; MINFLUX专用激发标本用激光561rm(连续型)>1000mW; MINFLUX专用激发标本用激光642nm(连续型)>1000mW; 专利超稳定单光束设计; SLM(空间光调制器控制)用于动态光束整形; 支持使用不同介质的物镜(油、水甘油、佳油)。 |
MINFLUX专用三维纳米精度主动型定位稳定系统 | 基于定位标记物的光学传感; 高动态xyz压电,70um×70um×50um范国,亚纳米分辨率和毫米范国响应时间。 |
MNFLUX成像专用超高速光束扫描系统 | 基于精度小于1nm的电光偏转器的超高速(>100kHz)精细光束扫描和定位; 400-950nm波长范国; 偏转效率7.1urad/V; 典型转换率为7000伏/微秒的高压放大器(±150V)。 |
MNFLUX年分子追踪软件 | 用户友好的图形用户界面具有可定制的工作流程; 单分子单个轨迹的彩色编码显示。 |
视频资料: