Áttekintés 5/11/2015 MIKROSZKÓPIAI MÓDSZEREK 1 FÉNYMIKROSZKÓPIA FLUORESZCENCIA MIKROSZKÓPIA. Mikroszkópia, fénymikroszkópia



Hasonló dokumentumok
Modern mikroszkópiai módszerek

Rövid ismertető. Modern mikroszkópiai módszerek. A mikroszkóp. A mikroszkóp. Az optikai mikroszkópia áttekintése

Fény- és fluoreszcens mikroszkópia. A mikroszkóp felépítése Brightfield mikroszkópia

2008 Small World contest -18th Prize - Dr. Tamily Weissman (Harvard University - Cambridge, Massachusetts, United States) Specimen: Brainbow

Biofizika 2 Fizika-Biofizika

Biomolekuláris rendszerek. vizsgálata. Semmelweis Egyetem. Osváth Szabolcs. A mikroszkópok legfontosabb típusai

5/11/2015 MIKROSZKÓPIAI MÓDSZEREK 2 FLUORESZCENCIÁN ALAPULÓ MODERN MIKROSZKÓPIAI MÓDSZEREK. Fluoreszcencia mikroszkópia

Modern mikroszkópiai módszerek

FONTOS! a március 14-i előadás március 19-én (szombat) 9 h-kor lesz

d z. nsin

A biológiai anyag vizsgálatának mikroszkópi módszerei

Biomolekuláris rendszerek. vizsgálata. Semmelweis Egyetem. Osváth Szabolcs

Mozgékony molekulák vizsgálata modern mikroszkópiával

Az elektromágneses sugárzás kölcsönhatása az anyaggal

Optikai mikroszkópia. Bereznai Miklós SZTE Optika és Kvantumelektronikai Tanszék

OPTIKA. Lencse rendszerek. Dr. Seres István

OPTIKA. Vozáry Eszter November

Biomolekuláris rendszerek vizsgálata

Mikroszerkezeti vizsgálatok

Kis Petik Katalin. Semmelweis Egyetem. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet

Modern mikroszkópiai technikák

Biomolekuláris rendszerek. vizsgálata. Semmelweis Egyetem. Osváth Szabolcs

OPTIKA. Ma sok mindenre fény derül! /Geometriai optika alapjai/ Dr. Seres István

MIKROSZKÓPIA. "mikrosz" (kicsiny) "szkopeo" (nézek)

MIKROSZKÓPIA. "mikrosz" (kicsiny) "szkopeo" (nézek)

OPTIKA. Vékony lencsék képalkotása. Dr. Seres István

Fény, mint elektromágneses hullám, geometriai optika

Optika és Relativitáselmélet II. BsC fizikus hallgatóknak

BIOFIZIKA. Metodika- 1. Liliom Károly. MTA TTK Enzimológiai Intézet

Történeti áttekintés

OPTIKA. Vékony lencsék, gömbtükrök. Dr. Seres István

A mikroszkópok felépítése és használata

100 kérdés Optikából (a vizsgára való felkészülés segítésére)

Mikroszkóp vizsgálata Folyadék törésmutatójának mérése

Budainé Kántor Éva Reimerné Csábi Zsuzsa Lückl Varga Szidónia

A mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Newton-gyűrűkkel Folyadék törésmutatójának mérése Abbe-féle refraktométerrel

Abszorpciós spektroszkópia

Biomolekuláris rendszerek vizsgálata

MIKROSZKÓPIA. "mikrosz" (kicsiny) "szkopeo" (nézek)

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban A fény; Abszorpciós spektroszkópia

MODERN MIKROSZKÓPIAI MÓDSZEREK 1-2

Röntgendiffrakció. Orbán József PTE, ÁOK, Biofizikai Intézet november

OLYMPUS Hungary Kft. Mikroszkóp Divízió. A mikroszkópia alapjai

A fluoreszcencia orvosibiológiai. alkalmazásai. Fluoreszcencia forrása I. Fluoreszcencia alkalmazások. Kellermayer Miklós

Mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Folyadék törésmutatójának mérése

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban 4/11/2016. A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Vázlat a transzmissziós elektronmikroszkópiához (TEM) dr. Dódony István

Mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Folyadék törésmutatójának mérése

TANULÓI KÍSÉRLET (45 perc)

A szubmikronos anyagtudomány néhány eszköze. Havancsák Károly ELTE TTK Központi Kutató és Műszer Centrum július.

Ragyogó molekulák: dióhéjban a fluoreszcenciáról és biológiai alkalmazásairól

1. RÖVIDEN A MIKROSZKÓP SZERKEZETÉRÕL ÉS HASZNÁLATÁRÓL

A látás és látásjavítás fizikai alapjai. Optikai eszközök az orvoslásban.

A fény terjedése és kölcsönhatásai I.

Optikai eszközök modellezése. 1. feladat Egyszerű nagyító (lupe)

GEOMETRIAI OPTIKA I.

Konfokális mikroszkópia elméleti bevezetõ

E (total) = E (translational) + E (rotation) + E (vibration) + E (electronic) + E (electronic

Digitális tananyag a fizika tanításához

OPTIKA. Gömbtükrök képalkotása, leképezési hibák. Dr. Seres István

Az elektron hullámtermészete. Készítette Kiss László

Összeállította: Juhász Tibor 1

Optika és Relativitáselmélet II. BsC fizikus hallgatóknak

Alapvető eljárások Roncsolásmentes anyagvizsgálat

A fény visszaverődése

Optika gyakorlat 6. Interferencia. I = u 2 = u 1 + u I 2 cos( Φ)

Spektrográf elvi felépítése. B: maszk. A: távcső. Ø maszk. Rés Itt lencse, de általában komplex tükörrendszer

Abszorpciós fotometria

Dekonvolúció a mikroszkópiában. Barna László MTA Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet Nikon-KOKI képalkotó Központ

OPTIKA-FÉNYTAN. A fény elektromágneses hullám, amely homogén közegben egyenes vonalban terjed, terjedési sebessége a közeg anyagi minőségére jellemző.

OPTIKA-FÉNYTAN. A fény elektromágneses hullám, amely homogén közegben egyenes vonalban terjed, terjedési sebessége a közeg anyagi minőségére jellemző.

Abszorpciós fotometria

Optikai alapmérések. Mivel több mérésről van szó, egyesével írom le és értékelem ki őket. 1. Törésmutató meghatározása a törési törvény alapján

Laterális feloldás és képminőség javítása vonalpásztázó tomográfiás optikai mikroszkópban

OPTIKA. Optikai rendszerek. Dr. Seres István

Az intraorális lenyomatvételi eljárások matematikai / informatikai háttere

Optika gyakorlat Példa: Leképezés hengerlencsén keresztül. 1. ábra. Hengerlencse. P 1 = n l n R = P 2. = 2 P 1 (n l n) 2. n l.

Orvosbiológiai fénymikroszkópia és digitális képanalízis

Száloptika, endoszkópok

12/5/2012. Biomolekuláris szerkezet. Diffrakció, röntgenkrisztallográfia, fény- és elektronmikroszkópia. Tömegspektrometria, CD.

A kísérlet célkitűzései: A fénytani lencsék megismerése, tulajdonságainak kísérleti vizsgálata és felhasználási lehetőségeinek áttekintése.

Speciális fluoreszcencia spektroszkópiai módszerek

Optika gyakorlat 5. Gyakorló feladatok

Orvosbiológiai fénymikroszkópia és számítógépes képanalízis

2. Miért hunyorognak a csillagok? Melyik az egyetlen helyes válasz? a. A Föld légkörének változó törésmutatója miatt Hideg-meleg levegő

Fényhullámhossz és diszperzió mérése

A fény útjába kerülő akadályok és rések mérete. Sokkal nagyobb. összemérhető. A fény hullámhoszánál. A fény hullámhoszával

Optika az orvoslásban

KÖZBESZERZÉSI ADATBÁZIS

Név... intenzitás abszorbancia moláris extinkciós. A Wien-féle eltolódási törvény szerint az abszolút fekete test maximális emisszióképességéhez

Mérés mérőmikroszkóppal 6.

Előszó. International Young Physicists' Tournament (IYPT) Karcolt hologram #5 IYPT felirat karcolása D'Intino Eugenio

6. Fehérjék kimutatása. Biokémiai és sejtszintű vizsgálatok

25. Képalkotás. f = 20 cm. 30 cm x =? Képalkotás

Fizikai módszerek az élettudományi kutatásban:

MIKRO- ÉS NANOTECHNIKA II: NANOTECHNOLÓGIA

I. GYAKORLAT A fénymikroszkóp

Fény- és fluoreszcens mikroszkópia. Optikai szeletelés

6. Fehérjék kimutatása. Biokémiai és sejtszintű vizsgálatok

Fény. , c 2. ) arányával. Ez az arány a két anyagra jellemző adat, a két anyag egymáshoz képesti törésmutatója (n 2;1

Átírás:

forrás: ldutolsó dia PÉCSI TUDOMÁNYEGYETEM ÁLTALÁNOS ORVOSTUDOMÁNYI KAR www.aok.pte.hu MIKROSZKÓPIAI MÓDSZEREK 1 FÉNYMIKROSZKÓPIA FLUORESZCENCIA MIKROSZKÓPIA humán tüdőszövet (hisztológia) sejtmozgás (fázis kontraszt mikroszkópia) mikrosebészet egyedi molekulák formin, aktin (TIRFM) mitózis, tengericsillag petesejt aktin, mikrotubulus, kromoszómák (3D konfokális mikroszkópia) BIOFIZIKA 2. 2015. március 18. Dr. Bugyi Beáta Biofizikai Intézet mitózis aktin, mikrotubulus (konfokálismikroszkópia) véráram élő egér májában dextran, hepatociták (intravitálismikroszkópia) Áttekintés KÉPALKOTÓ MÓDSZEREK MIKROSZKÓPIAI MÓDSZEREK FÉNYMIKROSZKÓPIA» a fénymikroszkóp képalkotásának alapelvei fény-anyag kölcsönhatása: REFRAKCIÓ, DIFFRAKCIÓ NAGYÍTÁS, FELBONTÁS, KONTRASZT FLUORESZCENCIA MIKROSZKÓPIA» speciális komponensek a fluoreszcencia mikroszkópban Mikroszkópia, fénymikroszkópia MIKROSZKÓPIA = MIKROS (kicsi) + SZKOPEIN (nézni) - az emberi szem számára láthatatlan objektumok láthatóvá tétele - különbözõ mérettartományba esõ biológiai objektumok megfigyelése: szervektõl (cm 10-2 m) egyedi molekulákig (nm 10-9 m). PÁSZTÁZÓ PRÓBA MIKROSZKÓPIA ELEKTRON MIKROSZKÓPIA FÉNYMIKROSZKÓPIA A képalkotáshoz látható fényt (400 800 nm) és üvegbõl készült lencséket alkalmaz. a kis objektumoknak elég nagynak kell lenniük, hogy az emberi szem számára láthatóvá váljanak 1

Az egyszerû fénymikroszkóp képalkotása 1x nagyító Az összetett fénymikroszkóp képalkotása 2x nagyító GYŰJTŐLENCSE T K1 megfigyelő olvasókő (~ 810-887 B.C. Abbas Ibn Firnas) OBJEKTÍV gyűjtőlencse közelebb a tárgyhoz K2 T OKULÁR gyűjtőlencse közelebb a megfigyelőhöz K1 megfigyelő NAGYÍTOTT valós fordított állású von Leeuwenhoek (1632-1723 holland zoológus, mikrobiológus) NAGYÍTOTT látszólagos fordított állású NAGYÍTOTT valódi fordított állású Hans & Zacharias Jansen (~1590 holland üvegműves, optikus) Lencserendszerek a modern fénymikroszkópban A fénymikroszkóp nagyítása é é í á á é OKULÁR KONDENZOR egyenletes megvilágítás Köhler ó í á OBJEKTÍVlencse: í ~ 2.5 150 OKULÁRlencse: á ~10 25 ó ~20 1000 OBJEKTÍV http://www.olympusmicro.com/primer/virtual/magnifying/index.html Lencsék, lencserendszerek numerikus apertúra NUMERIKUS APERTÚRA(NA) egy optikai lencse(rendszer) fénygyűjtő képessége NA több fényt gyűjt össze NA n sinα n: a lencse és a tárgy közötti közeg törésmutatója α: apertúra szög, a lencse által összegyűjtött fénykúp félnyílásszöge Ha korlátlan nagyítású lencserendszert használnánk, akkor korlátlanul kis dolgokat is láthatóvá tudnánk tenni? NEM A fény hullámtermészetét is figyelembe kell vennünk! DIFFRAKCIÓ, INTERFERENCIA (korábban: EM hullámok, RTG-diffrakció elõadás) http://zeiss-campus.magnet.fsu.edu/tutorials/basics/oilimmersionrefractiveindex/indexflash.html http://www.microscopyu.com/articles/formulas/formulasna.html 2

a tárgy minél apróbb részletei is elkülöníthetõk legyenek egymástól A fénymikroszkóp felbontóképessége FELBONTÁSI HATÁR az a legkisebb távolság, amelyre eső két különálló tárgypont két különálló pontként jelenik meg a képen(d) Diffrakció a fénymikroszkópban KÉP észlelhető fényhatás/diffrakciós kép elhajlási rendek: 0, 1, 2 SZÉTSZÓRT A TÉRBEN A kép, mint diffrakciós mintázat John Herschel (1792-1871, angol csillagász), George Biddell Airy(1801-1892, angol csillagász) AIRY MINTÁZAT: egyetlen pontszerű tárgy diffrakció limitált képe 3D-ban: PSF (POINT SPREAD FUNCTION) objektív hátsó fókuszsíkja DESTRUKTÍV minimum - sötét KONSTRUKTÍV maximum - világos INTERFERENCIA fényforrás http://zeiss-campus.magnet.fsu.edu/articles/basics/imageformation.html DIFFRAKCIÓ TÁRGY optikai rács rácsállandó: d periodikus optikai sajátságok INFORMÁCIÓ XY irány laterális Z irány axiális Richard W Coleet al Measuring and interpreting point spread functions to determine confocal microscope resolution and ensure quality controlnature Protocols (2011) A felbontás Abbe-féle határa Ernst Abbe(1840-1905) A fénymikroszkóp felbontóképessége diffrakciós limit Képformálás: A 0. rendű maximum mellett legalább az 1. rendű maximum is részt vesz a képalkotásban. 1 objektív 0 1 A maximumok elhajlási irányaira ( ): 0, 1, 2 Részt vesz a képalkotásban: 1esetre: Össze kell gyűjteni: 2 2 Rayleigh-feltétel: Az egyik pont képének főmaximuma a másik pont képének első mellékmaximumára essen. XY irány laterális, 0.61 ~200 Z irány axiális 2 ~800 λ: a megvilágító fény hullámhossza NA: a lencserendszer numerikus apertúrája 3

Klasszikus felbontás növelési lehetõségek λ: a megvilágító fény hullámhosszának csökkentése hullámhossz (nm) NA= 0.8 d x,y (nm) 400 250 500 312.5 600 375 700 437 NA: a lencserendszer numerikus apertúrájának növelése IMMERZIÓS KÖZEG 1877 diffrakciós határ Ernst Abbe, Carl Zeiss 2014 Nobel díj Stefan Hell, Eric Betzig és William Moerner "for the development of super-resolved fluorescence microscopy" immerziós közeg törésmutató levegő 1.000 víz 1.333 glicerin 1.469 olaj 1.515 Ernst Abbe emlékmű, Jena http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2 014/ a tárgy minden érdekes része elkülönüljön a környezetétõl Kontraszt Probléma: a legtöbb élő minta (szövet/sejt ) vékony és optikailag transzparens, így nehéz láthatóvá tenni átesőfénymikroszkópiával. A vizsgált objektumoptikai INHOMOGENITÁSA (azon sajátsága, ami megkülönbözteti a környezetétől) fényelnyelés törésmutató alak szín a mintán áthaladó FÉNY SAJÁTSÁGAINAK MEGVÁLTOZÁSÁT eredményezi irány sebesség fázis polaritás hullámhossz Kontrasztnövelőtechnikák: fázis-kontraszt-, differenciális interferencia kontraszt (DIC), Hoffman-modulációs kontraszt-, sötétlátóterű-, polarizációs-, fluoreszcencia mikroszkópia Fluoreszcencia mikroszkópia FLUORESZCENCIA MIKROSZKÓPIA fénymikroszkópia + fluoreszcencia A képalkotáshoz látható fényt (400 800 nm) és üvegbõl készült lencséket alkalmaz. A vizsgált mintát a fluoreszcencia emissziója révén képezi le. Elõnyei: fluoreszcencia biztosította spektrális flexibilitás kontraszt kevéssé invazív speciális alkalmazások (FRAP, FRET, FLIM) speciális technikák révén a felbontóképesség javítható Hogyan tehetjük fluoreszcenssé a vizsgált mintát? standard fluorofórok BELSŐ(INTRINSIC) FLUOROFÓRÓK: autofluoreszcencia, limitált KÜLSŐ(EXTRINSIC) FLUOROFÓRÓK: spektrális flexibilitás szintetikusfesték kvantum gyöngy fluoreszcens fehérje GFP: zöld fluoreszcens fehérjeés változatai 2008 Kémiai Nobel díj: Osamu Shimomura, Martin Chalfie and Roger Y. Tsien for the discovery and development of the green fluorescent protein, GFP". antitest, immunofluoreszcencia 4

Hogyan tehetjük fluoreszcenssé a vizsgált mintát? szabályozható (fotokonvertálható) fluorofórok Hogyan képezhetjük le a minta fluoreszcenciáját? STANDARD trans FÉNYFORRÁS ívlámpa lézer FOTOAKTIVÁLHATÓ DETEKTOR szem minta FOTOKAPCSOLHATÓ SZŐRİK TÜKRÖK epi DETEKTOR CCD kamera PMT http://www.olympusfluoview.com/applications/opticalhighlighters.html http://zeiss-campus.magnet.fsu.edu/tutorials/axioobserver/index.html Hogyan képezhetjük le a minta fluoreszcenciáját? optikai szûrõk, dikroikus tükrök (ld. Áramlási citometria) OPTIKAI SZŐRİK hullámhosszfüggı transzmissziós/abszorpciós sajátságok aluláteresztı felüláteresztı sáv DIKROIKUS TÜKRÖK hullámhosszfüggı reflexiós és transzmissziós/abszorpciós sajátságok Hogyan képezhetjük le a minta fluoreszcenciáját? optikai szûrõk, dikroikus tükrök dikroikus tükör emissziós szőrı gerjesztési szőrı DIKROIKUS TÜKÖR DETEKTOR OKULÁR OBJEKTÍV EMISSZIÓS SZŐRİ FÉNYFORRÁS GERJESZTÉSI SZŐRİ MINTA VASP-GFP aktin-rfp VASP-GFP aktin-rfp VASP-GFP aktin-rfp Shows again the localization of VASPat protruding lamellipodia and filopodia tips in a fish fibroblast expressing VASP-GFPand Actin-RFP. forrás: http://cellix.imba.oeaw.ac.at/motility/nucleationfactors Shows again the localization of VASPat protruding lamellipodia and filopodia tips in a fish fibroblast expressing VASP-GFPand Actin-RFP. forrás: http://cellix.imba.oeaw.ac.at/motility/nucleationfactors 5

Fény-, fluoreszcencia mikroszkópia kulcsfogalmak : nagyítás, felbontás, kontraszt Lencsék, lencserendszerek képalkotása Numerikus apertúra Airy mintázat, diffrakciós határ Speciális elemek a fluoreszcencia mikroszkópban: fluorofórok, fényforrások, detektorok, optikai szûrõk, tükrök Javasolt internetes anyagok http://www.olympusmicro.com/index.html http://www.microscopyu.com / http://zeiss-campus.magnet.fsu.edu/index.html http://www.ibiology.org/ www.aok.pte.hu www.aok.pte.hu 6