Systém pro koherencí řízenou holografickou mikroskopii živých buněk

System for coherence-controlled holographic microscopy of living cells

conference paper

en

Coherence Controlled Holographic Microscopy (CCHM) is a novel holographic technique for quantitative-phase contrast (QPC) biological observations particularly of living cells. Owing to the ordinary (low coherence) illumination source, the CCHM images are of low noise, deprived of coherence noise (speckles) and the lateral resolution is improved by a factor of 2 compared to classic holographic microscopes. Long-lasting time-lapse experiments require elimination of the CCHM optical system instability in order to achieve precise QPC measurement and to maintain correct CCHM adjustment for its low-coherence operation. The critical part of CCHM is the interferometer, which is very sensitive to temperature fluctuations and air turbulences. The temperature stabilization of the whole microscope without air turbulences is therefore required to provide stability for long-term observations of living cells. Novel heated microscope box and stage designed and constructed for this purpose are described in the paper. The system maintains a constant temperature of both the microscope and of the sample set to 37 deg thus providing optimal living conditions for living human and animal cells. The system is completed with a novel flow-chamber for living-cells accommodation during observation. A service of the system to CCHM is demonstrated by a series of pictures of growing cells.

Koherencí řízená holografická mikroskopie (CCHM) je nová holografická metoda kvantitativního fázového kontrastu určená k biologickým pozorovaní zejména živých buněk. Obrazy zaznamenané CCHM mají potlačený koherenční šum díky světelnému zdroji nízké koherence a jejich laterální rozlišení je dvakrát lepší než u clasického holografického mikroskopu. Při dlouhodobém pozorování je zapotřebí omezit nestabilitu optického systému CCHM, abychom zajistili korektní měření kvantitavního fázového kontrastu a udržely korektní podmínky nízkokoherentního režimu. Kritickou částí mikroskopu je interferometr, ktery je velmi citlivý vůči teplotním fluktuacím a vzduchovým turbulencím. Pro dlouhodobé pozorování živých buněk je nutné zajistit teplotní stabilizaci celého mikroskopu bez vlivu vzduchových turbulencí. V článku jesou popsány vlastnosti nového termoboxu a stolu pro vyhřívání a antivibrační uložení mikroskopu. Navržený systém udržuje konstantní teplotu mikroskopu a vzorku na hodnotě 37 stupňů Celsia a zajišťuje tak optimální životní podmínky pro živé buňky člověka či zvířat. Systém je doplněn novou kultivační komůrkou uzpůsobenou pro pozorování živých buněk. Funkční spojení navrženého systému a CCHM je demonstrováno serií obrazů dělících se buněk.

Coherence Controlled Holographic Microscopy (CCHM) is a novel holographic technique for quantitative-phase contrast (QPC) biological observations particularly of living cells. Owing to the ordinary (low coherence) illumination source, the CCHM images are of low noise, deprived of coherence noise (speckles) and the lateral resolution is improved by a factor of 2 compared to classic holographic microscopes. Long-lasting time-lapse experiments require elimination of the CCHM optical system instability in order to achieve precise QPC measurement and to maintain correct CCHM adjustment for its low-coherence operation. The critical part of CCHM is the interferometer, which is very sensitive to temperature fluctuations and air turbulences. The temperature stabilization of the whole microscope without air turbulences is therefore required to provide stability for long-term observations of living cells. Novel heated microscope box and stage designed and constructed for this purpose are described in the paper. The system maintains a constant temperature of both the microscope and of the sample set to 37 deg thus providing optimal living conditions for living human and animal cells. The system is completed with a novel flow-chamber for living-cells accommodation during observation. A service of the system to CCHM is demonstrated by a series of pictures of growing cells.

Holografická mikroskopie, řízení teploty, kultivační komůrky

Holographic microscopy, temperature control, culture chambers

2012

18.12.2012

SPIE

978-80-244-3408-7

0277-786X

Proceedings of SPIE

8697

8697

869712-1–869712-6

6