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超分辨成像相机

超分辨成像相机

Andor

Andor iXon SRRF-Stream 实时超分辨显微成像模块,将超分辨采集与处理融为一体,实现真正意义上的实时超分辨成像。它仅需极低激发光强度和传统荧光染料,即可在活细胞动力学研究中以每秒1–2帧获取全视野超分辨图像,并且能以高性价比将宽场、TIRF、转盘共聚焦等传统荧光显微镜升级至超分辨水平。该模块突破了衍射极限,为活细胞结构动态观测开辟了全新路径。

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Andor iXon SRRF-Stream 实时超分辨显微成像模块产品介绍

产品概述

SRRF-Stream 是 Andor 推出的全新实时超分辨显微成像功能,仅搭载于 iXon Life 与 iXon Ultra 系列 EMCCD 相机。该模块将超分辨图像的采集与处理融为一体,实现真正意义上的实时超分辨成像,为活细胞结构与动态过程的观测开辟了全新路径。

与传统超分辨技术相比,SRRF-Stream 具备多项差异化优势。其实时处理能力使图像采集与超分辨运算同步进行,无需后期再处理,可在"实时模式"中直接查看超分辨结果;所需的激发光强度极低(mW–W/cm² 量级),可显著延长活细胞观察时间并保证更精确的生理状态;成像使用 GFP 等传统荧光染料即可完成,标记简单且无需光控转换;在活细胞动力学研究中,每 1–2 秒即可获得全视野超分辨图像,使用 ROI 区域读出时帧率可超过 10 fps;同时,它可将宽场、全内反射(TIRF)、转盘共聚焦等传统荧光显微镜以高性价比方式升级至超分辨水平。

成像效果对比与实测案例

页面展示了多组开启与关闭 SRRF-Stream 模块的实测对比图像,分辨率提升效果显著。


样本成像条件对比结果
线粒体(BPAE 细胞)宽场荧光显微镜,63X 物镜,2X 光学放大,560 nm 照明,每 100 幅原始图生成 1 幅超分辨图(0.5 Hz)线阵强度剖面对比显示分辨率提升显而易见
有丝分裂(U2OS 细胞系)Dragonfly 转盘共聚焦,63X 物镜,2X 放大,488 nm 照明有丝分裂纺锤体结构的分辨能力大幅提升
HCV 感染细胞(抗 NS5A 染色)同一显微镜、同一区域、相同物镜与光路SRRF 可轻松提供传统衍射极限 2 倍以上的分辨率,而 SIM 受原理限制提升不足 2 倍
有丝分裂哺乳动物细胞蓝色 DNA、绿色微管、红色动粒,Z 序列成像SRRF 版 Z 系列图像细节显著优于宽场
BSC-40 活细胞膜635 nm LED,200 秒延时,每帧由 50 幅 20 ms 曝光图像处理生成实现活细胞膜结构的动态超分辨观测
HeLa 活细胞网格蛋白微结构mCherry 标记,宽场 2 FPS线阵剖面证明 SRRF 可分辨相隔 150 nm 的结构
裂殖酵母(LifeAct 染色)相同曝光时间下的 3D 投影蒙太奇对比SRRF-Stream 宽场成像明显优于标准宽场
血液样本血小板、红细胞膜、绿色内部颗粒宽场与 SRRF 宽场成像细节差异明显
HeLa 活细胞微管蛋白GFP 标记,延时帧频 1 fps(20 ms 曝光 × 50 帧)实现活细胞微管动态的实时超分辨成像

值得特别关注的是 SRRF 与 SIM 的对比实验:SIM 图像由 6.5 µm 像元的 sCMOS 记录,而宽场与 SRRF 图像由 16 µm 像元的 iXon EMCCD 记录,在完全相同的显微镜、物镜与光路条件下,SRRF 仍展现出更出众的分辨能力。

观测能力与应用方向

SRRF-Stream 突破了传统衍射极限,其核心价值在于:无需复杂的样品标记流程,结合传统成像设备与低强度照明即可实时实现超分辨成像,从而以更低的光损伤获得更优的时空分辨率,为活细胞结构和实时运动的观察创造条件。

在观测能力层面,该模块可提供亚细胞器水平的蛋白结构分析,追踪细胞内单分子,通过实时追踪技术深入理解基于细胞生理机能的单分子机制,并帮助研究者获取更多细节信息以更新细胞功能模型。其典型应用方向涵盖涉及单个 SNARE 蛋白结构的膜融合过程、突触囊泡的动态变化、经由突触可塑性与学习机制进行的树突棘改造,以及信号转导、胞间通讯与细胞分化等研究。

技术原理与工作流程优势

SRRF 技术由伦敦大学学院(UCL)Ricardo Henriques 博士实验室开发,Andor 引入该技术并与 Henriques 博士密切合作,针对 iXon EMCCD 相机进行了深度优化。依托 Andor 在高级 GPU 处理优化方面的专长,SRRF-Stream 的算法执行速度比基于 ImageJ 的 NanoJ-SRRF 后处理快约 30 倍;由于数据采集与 SRRF 处理可并行进行,工作流程得到显著优化。

页面给出的性能基准测试条件为:输入图像 1024 × 1024 像素,每幅 SRRF 图像由 100 幅原始图像合成,输出超分辨图像 4096 × 4096 像素,处理在 Nvidia GTX 1070 GPU 卡上完成。测试表明,SRRF-Stream 的处理速度已远超相机的图像采集速度,这正是内置该功能的相机能够在大视野下实现实时超分辨成像的根本原因。

Henriques 博士本人对此评价道:其实验室对 SRRF-Stream 进行了全面测试,对其工作流程以及在更大视野下获得活细胞超分辨率的能力印象深刻;通过将 SRRF 算法与高性能 iXon 相结合,实现了专用于荧光显微镜的超分辨相机。

系统配置要求

运行 SRRF-Stream 需要以下软硬件条件:


类别要求
相机SRRF-Stream 兼容的 iXon Life 或 iXon Ultra EMCCD
授权SRRF-Stream 许可证与安装程序
GPUCUDA 兼容的 NVidia GPU 卡,计算能力 V3.0 及以上,显存 4 GB 及以上
软件MicroManager(64 位)或 Andor SDK2(64 位)
可选配置预装经推荐与测试的 GPU 卡、支持 SRRF-Stream 的 MicroManager(绑定 iXon 相机序列号)及 Andor SDK2 的 PC 工作站

页面同时指出,Andor 使用"中档"GTX 1070 显卡进行了大量测试,证实 SRRF-Stream 处理数据的速度远高于 iXon 相机的图像采集速度,因此无需高端显卡即可满足实时处理需求。

现有相机升级路径

对于已拥有 iXon 888、iXon 897、iXon Life 888 或 iXon Life 897 的用户,Andor 提供相机升级服务以获得 SRRF-Stream 超分辨功能。升级流程为:在升级申请表中提供相机序列号,销售工程师将就 PC 与 GPU 配置要求提供建议,下单后即可接收与该 iXon 序列号绑定的 SRRF-Stream 升级包(含安装程序与许可证)。需要特别注意的是,升级 iXon 888 型号时还需额外申请 SRRF-Stream 相机优化流程。

MicroManager 软件集成

为推动 SRRF-Stream 的广泛应用,该功能已完整集成至 MicroManager 开源显微镜软件平台。用户可在实时(Live)模式下直接输出实时超分辨图像;支持多维度采集,可集成多通道、Z-stack 与时间序列成像;SRRF-Stream 的各项参数还可通过"设备属性浏览器"与其他相机参数统一调整,操作体验与常规相机设置完全一致。


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