Download or read book Microscopie illumination structur e et optique adaptative pour l imagerie de fluorescence 3D dynamique written by Pierre Vermeulen and published by . This book was released on 2012 with total page pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Les récentes avancées en microscopie de fluorescence (augmentation de résolution spatiale, correction des aberrations induites par l'échantillon...) ouvrent de nombreuses perspectives en imagerie biologique. Mais pour que ces techniques se répandent, il est nécessaire de réduire les contraintes qu'elles imposent sur la préparation des échantillons, sur les sondes fluorescentes, sur la complexité de mise en oeuvre ou la cadence d'acquisition. Pendant ma thèse, j'ai travaillé sur le développement et l'amélioration de quelques-unes de ces techniques. Dans un premier temps, deux systèmes d'illumination structurée ont été réalisés dans le but d'accélérer la cadence de réalisation de coupes optiques pour l'observation d'échantillons épais vivants. Une deuxième partie de mon travail a concerné la mise en place d'une nouvelle approche de reconstruction en illumination structurée afin de dépasser la limite de résolution imposée par le microscope. Cet outil permet de réduire le nombre d'images requises pour la reconstruction d'une image super-résolue, ce qui ouvre la voie à une augmentation de la cadence de réalisation de ces images. Un montage d'optique adaptative a également été développé afin de corriger les aberrations introduites par les échantillons épais, permettant une amélioration des capacités d'imagerie en profondeur. L'accent a été mis sur la protection de l'échantillon, grâce à l'utilisation de billes fluorescentes pour déterminer la correction à appliquer sans illuminer l'échantillon. Enfin, un instrument de mesure du rendement quantique de fluorescence dédié à la caractérisation de fluorophores infrarouges a été mis en oeuvre afin de pallier les limitations des méthodes de mesure classiques dans le proche infrarouge

Download or read book Optique adaptative en source tendue pour la microscopie feuille de lumi re en neuroimagerie written by Antoine Hubert (docteur en physique).) and published by . This book was released on 2021 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: L'utilisation de la microscopie de fluorescence à feuille de lumière (LSFM) pour la neuroimagerie a permis l'imagerie 3d à haute cadence et résolution d'échantillons vivants. Toutefois, la qualité de l'imagerie en profondeur est détériorée par la présence d'aberrations optiques. Ceci combiné aux faibles variations de fluorescences représentatives de l'activité neuronale limite la cartographie tridimensionnelle de réseaux de neurones. L'optique adaptative en LSFM permet un gain significatif de qualité d'image, cependant sa mise en œuvre est actuellement basée sur des méthodes itératives coûteuses en temps ou encore sur des montages complexes nécessitant une étoile-guide virtuelle. Cette thèse rapporte le développement original d'un analyseur de front d'onde de Shack-Hartmann en scène étendue pour un microscope à sectionnement optique sans étoile artificielle. Les performances de cet analyseur sont caractérisées et sa capacité à mesurer précisément les aberrations issues de l'échantillon sur un LSFM développé durant cette thèse est démontrée. L'imagerie en profondeur de structures cellulaires en profondeur dans le cerveau de Drosophila Melanogaster corrigée des aberrations est présentée. L'apport de l'optique adaptative est discuté et les paramètres de la boucle sont évalués. Enfin, l'imagerie fonctionnelle basée sur l'utilisation de marqueurs calciques est réalisée à des profondeurs variées dans le cerveau de la drosophile, un gain significatif en signal est démontré. Cette approche rapide et aux contraintes minimales permettra d'améliorer la qualité d'image et les mesures quantitatives associées notamment dans le cadre de l'analyse de l'activité cérébrale.

Download or read book Fluorescence Microscopy written by Anda Cornea and published by Elsevier. This book was released on 2014-02-24 with total page 261 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Fluorescence Microscopy: Super-Resolution and other Novel Techniques delivers a comprehensive review of current advances in fluorescence microscopy methods as applied to biological and biomedical science. With contributions selected for clarity, utility, and reproducibility, the work provides practical tools for investigating these ground-breaking developments. Emphasizing super-resolution techniques, light sheet microscopy, sample preparation, new labels, and analysis techniques, this work keeps pace with the innovative technical advances that are increasingly vital to biological and biomedical researchers. With its extensive graphics, inter-method comparisons, and tricks and approaches not revealed in primary publications, Fluorescence Microscopy encourages readers to both understand these methods, and to adapt them to other systems. It also offers instruction on the best visualization to derive quantitative information about cell biological structure and function, delivering crucial guidance on best practices in related laboratory research. - Presents a timely and comprehensive review of novel techniques in fluorescence imaging as applied to biological and biomedical research - Offers insight into common challenges in implementing techniques, as well as effective solutions

Download or read book Optical Fluorescence Microscopy written by Alberto Diaspro and published by Springer Science & Business Media. This book was released on 2010-11-25 with total page 252 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: In the last decade, fluorescence microscopy has evolved from a classical “retrospective” microscopy approach into an advanced imaging technique that allows the observation of cellular activities in living cells with increased resolution and dimensions. A bright new future has arrived as the nano era has placed a whole new array of tools in the hands of biophysicists who are keen to go deeper into the intricacies of how biological systems work. Following an introduction to the complex world of optical microscopy, this book covers topics such as the concept of white confocal, nonlinear optical microscopy, fluctuation spectroscopies, site-specific labeling of proteins in living cells, imaging molecular physiology using nanosensors, measuring molecular dynamics, muscle braking and stem cell differentiation.

Download or read book Microscopie par Localisation de Mol cules Individuelles en Profondeur Utilisant la Technologie soSPIM et l Optique Adaptative written by Hisham Forrière and published by . This book was released on 2021 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Les avancées des connaissances scientifiques sont souvent corrélées au développement de nouvelles techniques instrumentales. La biologie ne déroge pas la règle. Le développement récent des techniques de microscopie à fluorescence de super-résolution, récompensé par le prix Nobel de chimie en 2014, a révolutionné la façon d'observer les échantillons biologiques en permettant de dépasser la limite de résolution dictée par la diffraction de la lumière (~200 nm) et considérée jusqu'alors comme insurmontable. Parmi ces techniques, la microscopie par localisation de molécules individuelles (SMLM) permet d'imager l'organisation de protéines à l'intérieur des cellules avec les meilleures résolutions spatiales (~ 10 nm) et donne la possibilité de suivre leur dynamique au cours du temps. Ces nouvelles capacités ouvrent la voie à une meilleure compréhension de la machinerie cellulaire, essentielle pour mieux lutter contre ses dysfonctionnements, à l'origine de nombreuses maladies.La détection de molécules individuelles pour l'imagerie de super-résolution par SMLM est particulièrement difficile. Elle nécessite à la fois un sectionnement optique important et une grande efficacité dans la collecte du signal de fluorescence. En conséquence, elle est réalisée à l'aide de systèmes de microscopie spécialisés et dont la profondeur de pénétration dans les échantillons est extrêmement réduite. Le système de microscopie à feuille de lumière mono-objectif développé au sein de notre équipe, nommé soSPIM, permet de dépasser cette limitation. En combinant un sectionnement optique en profondeur avec l'utilisation d'un objectif à forte ouverture numérique, il permet la détection de molécules individuelles plusieurs dizaines de micromètres au-dessus d'une lamelle.L'imagerie de volumes entiers, tels que des cellules complètes, à ces profondeurs pose cependant d'autres défis. En excitation, la diffraction de la lumière impose un compromis important entre la finesse du sectionnement qu'il est possible de réaliser et le champ de vue. Pour tenter de dépasser cela, j'ai cherché à implémenter au système soSPIM une illumination par feuille de lumière non diffractive. En détection, les performances de l'imagerie par SMLM dépendent directement de la qualité optique du système. Or des défauts appelés aberrations optiques apparaissent systématiquement avec la profondeur d'imagerie. Pour corriger ces aberrations, j'ai implémenté un système d'optique adaptative au microscope soSPIM afin de permettre une localisation précise et en 3D de molécules individuelles en profondeur. Enfin, au-delà des défis optiques, les procédures d'acquisition et de reconstruction présentent elles-mêmes de nombreuses difficultés. J'ai donc mis en place plusieurs outils permettant de corriger les dérives spatiales, d'automatiser les acquisitions et de reconstruire les volumes imagés (~20x20x20 μm3) avec des résolutions nanométriques. Ces développements ont permis l'imagerie de cellules entières à 30 μm de profondeur avec des résolutions de 5 nm radialement (x,y) et 25 nm axialement (z). Ils forment ainsi une preuve de concept solide de la capacité du système soSPIM à l'imagerie par SMLM en profondeur. Ils ouvrent la voie à l'observation de nouvelles structures biologiques à des résolutions nanométriques jusqu'à présent inaccessibles.

Download or read book Ultra high Resolution Fluorescence Microscopy and Its Application in Biology written by Lin Shao and published by . This book was released on 2005 with total page 180 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Several new resolution enhancement schemes for fluorescence microscopy are experimentally implemented and tested using beads and biological samples. The first scheme, 3D structured illumination microscopy (SIM), makes use of the simple fact that fluorescence emission is the multiplication of the illumination and the sample's dye structure. If the illumination is structured such as a sinusoidal pattern, the recorded image would contain high-frequency components encoded in terms of low frequencies. In so doing, normally undetectable high-resolution information is given a chance to appear in the observable region, and is thus made effectively detectable. We are able to double the resolution both laterally and axially of the conventional microscope with 3D SIM. The second scheme, called I5S, also uses structured illumination, but with a Sagnac-like interferometer setup consisting of two opposing objective lenses used for illumination and fluorescence detection. Interference in both illumination, which gives rise to more complicated structured illumination pattern than 3D SIM, and detection can be achieved. The combined interferometric effect is seven-fold enhancement in axial resolution as well as doubled lateral resolution. Finally, we introduce a more complicated I5S scheme in which both emission wavefronts, instead of just one of them, are recorded by two CCD cameras simultaneously. The complementary phase relationship between the two wavefronts can be utilized in estimating and then correcting the phase error often difficult to avoid in I5S experiments.

Download or read book Fluorescence Microscopy written by Ulrich Kubitscheck and published by John Wiley & Sons. This book was released on 2017-06-19 with total page 504 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Zu dem Thema gibt es viele Publikationen, die von Experten für Experten geschrieben wurden. Dieses Buch wendet sich insbesondere an Studenten höherer Semester und Forscher, denen das Hintergrundwissen der Physik fehlt, um neuartige Verfahren der Fluoreszenzmikroskopie zu verstehen. Die zweite Auflage wartet mit neuen Kapiteln und einer erweiterten Einführung auf. Der Schwerpunkt liegt auf der hochauflösenden und Einzelmolekül-Mikroskopie. Jedes Kapitel wurde von einem anerkannten Experten des Fachgebiets geschrieben und sorgfältig überarbeitet, um so die Entwicklungen der letzten Jahre wiederzugeben.

Download or read book Imager l invisible avec la lumi re written by Sylvain Gigan and published by EDP Sciences. This book was released on 2023-01-12T00:00:00+01:00 with total page 154 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Notre oeil est un outil exceptionnel qui reste néanmoins limité en résolution et en sensibilité. Même avec les appareils traditionnels de l’optique, comme les microscopes, il n’est pas possible de pénétrer les environnements complexes. Les nouveaux instruments de la physique, en particulier les lasers, ont permis des avancées qui étaient jusqu’à récemment du domaine de la science-fiction : voir en profondeur dans un tissu biologique, discerner une molécule unique, visualiser le fonctionnement interne d’une cellule ou encore voir un neurone en action. Quelles techniques, quels outils ont permis ces avancées ? Le livre décrit tour à tour le microscope, l’optique adaptative, l’imagerie en milieu diffusant, l’holographie et la microscopie de fluorescence. Il présente de manière accessible les concepts physiques en jeu et montre que nous avons aujourd’hui des outils permettant de répondre à des questions fascinantes : comment fonctionne notre cerveau, neurone par neurone ? Peut-on détecter précocement un cancer ou des maladies de la rétine ?

Download or read book Coded Computational Illumination and Detection for Three dimensional Fluorescence Microscopy written by Samuel J. Yang and published by . This book was released on 2016 with total page pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: In vivo calcium imaging enables the optical monitoring of neural activity at the level of individual neurons in real time, necessitating the development of high speed, three-dimensional (3D) fluorescence microscopy techniques with at least single-neuron spatial resolution. Because a typical widefield microscope intrinsically produces only two-dimensional images, various illumination and detection coding strategies have been implemented to address the challenge of 3D fluorescence microscopy, utilizing either precisely structured and temporally scanned illumination patterns, such as in two-photon laser scanning microscopy or coding of the emission, as in light field microscopy, respectively. However, many single-focal illumination coding strategies have limited acquisition speeds, while detection-coding-only strategies requiring computational reconstruction of the 3D volume are limited by optical aberrations of the tissue. We present a 3D calcium imaging approach utilizing both multifocal scanned two-photon laser excitation for illumination coding and detection coding with the light field microscopy approach suitable for in vivo mammalian calcium imaging. A holographic 3D multifocal illumination pattern is targeted only towards pre-localized neurons avoiding the unnecessary illumination of other regions. The resulting fluorescence emission is coded and detected on an image sensor and deconvolution is used to recover the neural activity at each site. We present the design and optimization of such an imaging strategy, and validate the approach with experimental measurements. Finally, we demonstrate the application of this approach to in vivo mouse calcium imaging. The design and implementation of another technique, frame-projected independent fiber photometry, enabling the optical recording and control of neural activity in freely moving mammals with region-level spatial resolution, is presented in a dedicated chapter as well, including simultaneous recording from multiple brain regions in a mouse during social behavior, two-color activity recording, and optical optogenetic stimulation eliciting dynamics matching naturally observed patterns.

Download or read book Superresolution Fluorescence Microscopy with Structured Illumination written by Awoke Negash and published by . This book was released on 2018 with total page 179 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: The resolution of a conventional fluorescence microscope image is diffraction limited which achieves a spatial resolution of 200nm lateral and 500nm axial. Recently, many superresolution fluorescence microscopy techniques have been developed which allow the observation of many biological structures beyond the diffraction limit. Structured illumination microscopy (SIM) is one of them. The principle of SIM is based on using a harmonic light grid which down modulates the high spatial frequencies of the sample into the observable region of the microscope. The resolution enhancement is highly dependent on the reconstruction technique, which restores the high spatial frequencies of the sample to their original position. Common SIM reconstructions require the perfect knowledge of the illumination pattern. However, to perfectly control the harmonic illumination patterns on the sample plane is not easy in experimental implementations and this makes the experimental setup very technical. Reconstructing SIM images assuming the perfect knowledge of the illumination intensity patterns may, therefore, introduce artifacts on the estimated sample due to the misalignment of the grid that can occur during experimental acquisitions. To tackle this drawback of SIM, in this these, we have developed blind-SIM reconstruction strategies which are independent of the illumination patterns. Using the 3D blind-SIM reconstruction strategies we extended the harmonic SIM to speckle illumination microscopy which uses random unknown speckle patterns that need no control, unlike the harmonic grid patterns. For harmonic-SIM images, since incorporating some information about illumination patterns is valuable, we have developed a 3D positive filtered blind-SIM reconstruction which confines the iterative estimation of the illuminations in the vicinity of the Fourier peaks (using carefully designed Fourier filter masks) in the Fourier space. Using blind-SIM reconstruction techniques a lateral resolution of about 100nm and axial resolution of about 200nm is obtained in both speckle and harmonic SIM. In addition, to reduce the out-of-focus problem in widefield images, a simple computational technique which is based on reconstructing 2D data with 3D PSF is developed based on blind-SIM reconstruction. Moreover, to combine the functionalities of SIM and light sheet microscopy, as a proof of concept, we have developed a simple microscope setup which produces a structured light sheet illumination pattern.

Download or read book Contribution to Three dimensional Fluorescence Microscopy Imaging Using Wavefront Encoding and Structured Illumination written by Nurmohammed Patwary and published by . This book was released on 2017 with total page pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Three-dimensional (3D) fluorescence microscopy (FM) is an integral part of biomedical research as it provides the necessary tool to investigate the interaction between the biomolecules in multiple dimensions (i.e. spatial, spectral, and temporal). This dissertation contributes toward two special types of FM: (i) computational optical sectioning microscopy (COSM), in which computational methods are used to improve the performance of the conventional imaging system, and (ii) structured illumination microscopy (SIM), which is used to increase the resolution of the optical microscope beyond the diffraction limit. A simplifying assumption of COSM is that the point spread function (PSF) does not change throughout the imaging volume; however, this assumption is not valid for optically thick samples (>5 µm), if the refractive index (RI) between the sample-mounting medium and the microscope objective (MO) lens’ immersion medium is different. Such cases require the use of computationally intensive depth-variant (DV) image restoration methods to avoid artifacts. To overcome this challenge, a wavefront encoded imaging system is developed, where we have demonstrated through simulation and experiment that a PSF does not change significantly up to a 60-µm imaging depth, which consequently improves the computational efficiency while restoring optically thick samples. Another contribution of this dissertation is investigating the impact of SA on SIM and the use of wavefront encoding to reduce the effect of SA on the SIM system. Data from the proof-of-concept setup was acquired and compared to the simulation to validate the implementations. Preliminary results demonstrate challenges that need to overcome, in order to be able to assess the impact of this approach on addressing SA satisfactorily. As an alternative approach, an image restoration method is developed and evaluated to improve the performance of SIM when the fringe visibility of the structured light is low, a condition that occurs when the sample is optically thick and/or the modulation frequency is high. Restoration results from simulated and experimental SIM raw images show improved signal to noise ratio (SNR) and adequate optical sectioning in 3D images, in which more details of fine structures are evident compared to results obtained with two existing computational methods.

Download or read book Fluorescence Imaging and Biological Quantification written by Raquel Seruca and published by CRC Press. This book was released on 2017-09-06 with total page 274 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: This comprehensive reference work details the latest developments in fluorescence imaging and related biological quantification. It explores the most recent techniques in this imaging technology through the utilization and incorporation of quantification analysis which makes this book unique. It also covers super resolution microscopy with the introduction of 3D imaging and high resolution fluorescence. Many of the chapter authors are world class experts in this medical imaging technology.

Download or read book Am lioration des voies de d tection et d illumination d un microscope SPIM pour l imagerie 3D des sph ro des written by Raphaël Jorand and published by . This book was released on 2013 with total page 183 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: L'objectif de ce travail de thèse a été d'améliorer la qualité des images de sphéroïdes de cellules cancéreuses, en travaillant à la fois sur la voie de détection et sur la voie d'illumination d'un microscope à feuille de lumière. Nos travaux ont permis de montrer d'une part qu'il était possible d'améliorer la qualité des images en profondeur en utilisant une boucle d'optique adaptative, composé d'une miroir déformable et d'un analyseur de front d'onde de type Shack-Hartmann. Pour faire fonctionner cette boucle, il est nécessaire d'utiliser des objets ponctuels fluorescents classiquement nommés " étoiles guides ", sur lesquelles notre travail s'est également porté. D'autre part, nous avons comparé différentes modalités d'illumination en feuillet de lumière (excitation 1 photon versus 2 photons, faisceau Gaussien ou faisceau de Bessel ...). Nous avons également développé une méthode objective permettant une standardisation des résultats obtenus.

Download or read book Fundamentals of Fluorescence Microscopy written by Partha Pratim Mondal and published by Springer. This book was released on 2016-08-23 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: This book starts at an introductory level and leads reader to the most advanced topics in fluorescence imaging and super-resolution techniques that have enabled new developments such as nanobioimaging, multiphoton microscopy, nanometrology and nanosensors. The interdisciplinary subject of fluorescence microscopy and imaging requires complete knowledge of imaging optics and molecular physics. So, this book approaches the subject by introducing optical imaging concepts before going in more depth about advanced imaging systems and their applications. Additionally, molecular orbital theory is the important basis to present molecular physics and gain a complete understanding of light-matter interaction at the geometrical focus. The two disciplines have some overlap since light controls the molecular states of molecules and conversely, molecular states control the emitted light. These two mechanisms together determine essential imaging factors such as, molecular cross-section, Stoke shift, emission and absorption spectra, quantum yield, signal-to-noise ratio, Forster resonance energy transfer (FRET), fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) and fluorescence lifetime. These factors form the basis of many fluorescence based devices. The book is organized into two parts. The first part deals with basics of imaging optics and its applications. The advanced part takes care of several imaging techniques and related instrumentation that are developed in the last decade pointing towards far-field diffraction unlimited imaging.

Download or read book Imager l invisible avec la lumi re written by and published by . This book was released on 2022 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Notre oeil est un outil exceptionnel qui reste néanmoins limité en résolution et en sensibilité. Même avec les appareils traditionnels de l'optique, comme les microscopes, il n'est pas possible de pénétrer les environnements complexes. Les nouveaux instruments de physique, en particulier les lasers, ont permis des avancées qui étaient jusqu'à récemment du domaine de la science-fiction : voir en profondeur dans un tissu biologique, discerner une molécule unique, visualiser le fonctionnement interne d'une cellule ou encore voir un neurone en action. Quelles techniques, quels outils ont permis ces avancées ? Le livre décrit tout à tour le microscope, l'optique adaptative, l'imagerie en milieu diffusant, l'holographie et la microscopie de fluorescence. Il présente de manière accessible les concepts physiques en jeu et montre que nous avons aujourd'hui des outils permettant de répondre à des questions fascinantes : comment fonctionne notre cerveau, neurone par neurone ? Peut-on détecter précocement un cancer ou des maladies de la rétine ?

Download or read book Overcoming Resolution Limits in Fluorescence Microscopy with Adaptive Optics and Structured Illumination written by Michael Shaw and published by . This book was released on 2013 with total page pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt:

Download or read book Light Sheet Adaptive Optics Microscope for 3D Live Imaging written by Cyril Jules Tugdual Bourgenot and published by . This book was released on 2013 with total page pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Optical microscopy is still the main research tool for many biological studies. Indeed with the advent of genetic manipulation and specifically, the use of fluorescent protein expressing in animals and plants it has actually seen a renaissance in the past ten years, in particular with the development of novel techniques such as CARS, PALM, STORM, STED and SPIM. In all of microscopy methods one has to look through the sample at some point. The sample thus adds an additional and uncontrolled optical path, which leads to aberrations in the final image. Adaptive optics (AO) is a way of removing these unwanted aberrations which can cause image degradation and even potentially artifacts within the image. This thesis is concerned with the implementation of AO in non scanning microscopes and presents some novel methods both in wavefront sensored and sensorless configurations. A first implementation of AO on the emission path of a light sheet microscope is also presented.