超解像イメージング向けに光学系および装置構造を最適化されたNanoimagerは、検出効率の最大化およびナノレベルの分解能にも適する装置安定性を実現することで、超解像分解能と大面積測定を両立し、これまでにない高いクオリティの蛍光測定を提供する超解像顕微鏡です。また smFRETにも対応しており、単一分子に対する蛍光測定に新たな選択肢をご提案します。

超解像イメージングシステム Nanoimager 特徴

超解像イメージングシステム single-molecule fluorescence

測定原理

超解像技術により、回折限界により制約された、これまで越えられなかった200nmを超える空間分解能が可能となりました。Nanoimagerは単一分子の局在化方式(dSTORMやPALM)により超解像を実現しています。連続取得されたフレームごとに、蛍光色素分子のある一集団だけを可視化した後、計算により高い精度(標準値:水平分解能20nm、垂直分解能50nm)で中心位置を算出し、各フレームごとの情報を重ね合せることで超解像イメージを再構築します。

Nanoimager

Nanoimagerでは最大出力1Wのレーザを4本搭載でき、市販されているどの装置よりも高いエネルギー密度で検出することが可能です。大面積(80 X 50 um) を均一に照射することができるため、スティッチング機能を使用することで、一回の測定で数百万にも及ぶ分子を一度に捉えることができ、高い統計性を有したデータ取得が可能です。

また同一面でキャリブレーションし、測定と同時に結果が表示され、リアルタイム観察ができます。エミッションチャンネルを2つ持つことで2色同時イメージングが可能(レーザを組み替えることで4色イメージングまで可能)です。共局在化の研究や異種分子種のダイナミクスに関わる情報を得ることができます。さらに、温度勾配のない制御方法をとり、安定した環境での測定を実現し、非点法を使い、深さ方向に像を重ねて取得することで3Dイメージングも取得可能です。

スティッチング画像
3Dイメージング概念図

最適化された装置構造とソフトウエア

ナノレベルの安定性を要する超解像イメージングに適する小型ステージを採用し、装置全体をコンパクトにするなど、設計概念を超解像顕微鏡に特化することで、可能な限りノイズおよび熱ドリフトを低減しております。

また専用ソフトウエアは、直観的な操作を可能にすべく、ユーザーフレンドリーと機能性を両立しております。オートフォーカス機能を装備し、測定と同時に解析可能で、データ出力までのプロセスを簡素化し、ユーザにストレスを与えない構成を取り、性能だけではなく利便性も追求しました。2Dヒストグラム解析、クラスタリング、共局在化解析、およびsmFRETのリアルタイム解析など多種多様な解析が測定ソフト内で行えます。

ステージサイズ:18mm X 9mm、
位置精度:2nm
ドリフト:1um/K
ノイズ:1nm以下(1-500Hz)
解析画面

smFRET(単一分子蛍光共鳴エネルギー移動)にも対応

系全体の平均値ではなく、単一分子単位の分子間相互作用や構造転移などを評価することができる、単一分子のFRET※測定を安定して提供できる世界で唯一の商用超解像顕微鏡です。2色同時イメージング、リアルタイム測定と同時解析、および交互レーザ励起(ALEX)など、smFRET測定に必要な要素技術を備えております。

※smFRET:ドナーとアクセプターが蛍光ラベルされた分子が、運動により両者が2-10nm程度に近接した場合に、両者のエネルギーがオーバーラップし共鳴状態を取る時、ドナーからアクセプターにエネルギー移動が起こります。超解像分解能を利用し、単一分子単位の運動に着目した測定をsmFRETと呼びます。例えば、ドナーとアクセプターの蛍光強度を同時検出することで、DNAポリメラーゼ内の1nmレベルの運動に迫ることができます。

単一分子内の運動
smFRET測定結果

超解像イメージングシステム Nanoimager 仕様

Imaging and Analysis

イメージング測定モード 3D局在化方式による単一分子イメージング
FRET(フォレスター共鳴エネルギー転移)測定
単一分子トラッキング解析
測定空間分解能 水平分解能 20nm 以上
垂直分解能 50nm 以上
同時イメージングチャンネル数 2 (チャンネルマッピング精度 10nm 以下)
イメージングカラー数 4本まで
視野サイズ 1画像あたり 50μm × 80μm
ソフトウエア リアルタイム3D局在化解析と表示(最適化されたsCMOS)
リアルタイムFRET軌跡解析
クラスタリング・共局在化解析
残留ドリフト補正
スクリプティング・インターフェース・OMERO対応
像取得速度 100fps (フルフレーム)
5kHz (取得エリア 2%時)
3Dイメージング技術 非点収差法
超解像フルフレーム積算時間 s ~ ms (局在化数とレーザ出力に依存)

Operational

フォーカスシステム ワンショットオートフォーカス
連続オートフォーカス
安定性 ドリフトレベル: < 1μm/K
ノイズレベル: < 1nm (1Hz ~ 500Hz)
照射モード クローズドループ式連続照射角度調整(垂直入射から全反射)
温度コントロール 抵抗加熱方式、チャンバー全体を温調(細胞イメージング用)
環境制御 センサーアレイ(温度、湿度、加速度)

Hardware

装置サイズ W × D × H 顕微鏡: 210mm × 210mm × 150mm
レーザ光源モジュール: 210mm × 420mm × 450mm
カメラ 最新 sCMOS
82% ピーク QE
1.6 電子 rms 読み込みノイズ(標準スキャン時)
対物レンズ 油浸レンズ、 NA = 1.4 or NA = 1.49
レーザオプション 紫: 405nm (150mW)
青: 473nm (300mW or 1000mW)、 488nm (200mW)
緑: 532nm (300mW or 1000mW)、 561nm (200mW or 300mW)
赤: 640nm (300mW or 1000mW)
近赤外: 730nm (300mW or 1000mW)
レーザタイプ DPSS(ダイオード励起固体レーザ)or ダイオードレーザ
光源(イメージング以外) 明視野観察用LED
自動フォーカス用NIR
サンプルステージ クローズドループ制御ステージ
ステージ移動:20mm / 20mm / 10mm、 分解能:1nm エンコーダー分解能
PC要求条件 デスクトップPC or ノートPC (32GB RAM, nVidia GeForce GTX 1080/m、Nanoimager ソフトウエア内蔵)

超解像イメージングシステム Nanoimager オプション

超解像イメージングシステム Nanoimager アプリケーション

Quantitative Cellular Imaging(定量的細胞イメージング)

マルチカラー超解像イメージングと、共局在化解析とクラスタリングなどの詳細なデータ解析による細胞特性評価が可能です。

Protein Complex Assembly(タンパク質複合集合体)

タンパク質錯体集合体の特性評価のための超解像マルチカラーラベリングによる強度測定を行いました。

Epigenetic Mapping(エピジェネティックマッピング)

DNA上の特定部位の単一分子レベルイメージングすることで、エピジェネティックサイトの分布を特性評価を簡便に行えます。

DNA-PAINT sub-20 nm resolution

ドイツGATTAquant GmbH社より標準サンプルとして市販されている「nanorulers」はDNA-PAINTと呼ばれる微細構造を持ち、測定することで空間分解能が20nm以下であることを確認することができます。

Exosomes and Microvesicles(エクソソームとマクロベシル)

超解像蛍光顕微鏡測定により、細胞外ベシクルの構造や機能を明らかにします。

Neuronal Imaging(ニューロンイメージング)

シナプスやニューロンを超解像蛍光イメージング。

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