Aries 6504 sCMOS -kameran sovellusedut

Yleiskatsaus

Nykyaikainen neurotiede perustuu kykyyn tallentaa hermosolujen ja verkostojen aktiivisuutta millisekuntien aikaskaaloilla riittävällä ajallisella ja spatiaalisella resoluutiolla sekä signaali-kohinasuhteella. Olipa kyseessä sitten kalsiumkuvantaminen, jännitekuvantaminen, optogeneettisesti kytretty kuvantaminen, monifotonien syväkudoskuvantaminen tai vapaasti liikkuvat in vivo -valmisteet, tutkijat kohtaavat samat haasteet: hermosignaalit ovat sekä nopeita että matala-amplitudisia, ja vaadittu kuvantamisikkuna on usein laaja ja monimutkainen. Näissä kokeellisissa kokoonpanoissa suorituskyvyn rajan asettaa usein signaaliketjun lopussa oleva ilmaisin.

Viimeisen vuosikymmenen aikana sCMOS-teknologia on osoittanut vahvan kyvyn käsitellä heikkoja ja monimutkaisia hermosignaaleja korkean herkkyytensä ja laajan näkökenttänsä ansiosta. Samalla se on paljastanut uusia suorituskyvyn pullonkauloja ja lisännyt entisestään seuraavan sukupolven ilmaisimien kysyntää.

Tarve tehokkaammille kuvantamisdetektoreille neurotieteessä kasvaa jatkuvasti.

Aries 6504 sCMOS -kameran sovellusedut neurotieteen kuvantamisessa

TheOinas 6504on Tucsenin seuraavan sukupolven takaa valaistu sCMOS-kamera. Kamera perustuu edellisen sukupolven 6,5 μm:n pikselin sCMOS-alustan klassiseen suorituskykyyn – jossa on 95 %:n huippukvanttihyötysuhde, 4 megapikselin resoluutio ja laaja dynaaminen alue – ja tarjoaa merkittäviä parannuksia kolmessa keskeisessä suorituskykymittarissa: lukukohinassa, kuvanopeudessa ja pimeävirrassa. Nämä parannukset mahdollistavat tarkemman kuvantamisen nopeaa ja dynaamista neurotieteellistä kuvantamista varten.

300 fps @ 4,2 megapikselin täysresoluutio — 3× kuvataajuus

Nopea jännite- ja kalsiumkuvantamisen mahdollistaminen laajoilla näkökentillä

Pylväsdiagrammi, jossa vertaillaan klassista sCMOS-kennoa 100 fps:n nopeudella Aries 6504:ään 300 fps:n nopeudella, molemmat 4,2 megapikselin resoluutiolla.

Vaikka nykyaikaiset sCMOS-anturit voittavat CCD/EMCCD-tekniikoille ominaiset nopeus-kohinakompromisseja, ultranopeiden ja transienttien hermosolujen aktiivisuuden – kuten epileptiformisten purskeiden, korkeataajuisten värähtelyjen tai synkronisen laukaisun – tallentaminen vaatii usein kohdealueen rajaamista, mikä pakottaa tutkijat uhraamaan näkökentän korkeampien kuvataajuuksien saavuttamiseksi. Tämä on edelleen haaste näytteenottotaajuuksille satojen Hz:stä yli 1 000 Hz:iin. Lisäksi geneettisesti koodatut jänniteindikaattorit osoittavat tyypillisesti alle 10 % ΔF/F- ja millisekuntikinetiikkaa, mikä vaatii samanaikaisesti suurta nopeutta ja vähän kohinaa.

Aries 6504 saavuttaa 300 kuvaa sekunnissa 4,2 megapikselin täydellä resoluutiolla, mikä on kolminkertainen parannus edellisen sukupolven BSI sCMOS -kameroihin verrattuna. Tämä laajentaa merkittävästi "korkean kuvataajuuden × suuren kuva-alan" kuvantamisen toiminta-aluetta. Parannus parantaa kykyä tallentaa nopeaa verkkomittakaavan toimintaa ja tukee laaja-alaisen jännitekuvantamisen siirtymistä kokeellisesta tutkimuksesta rutiinisovelluksiin. Korkea kuvataajuus vähentää myös ajallista epävarmuutta nopeissa kalsiumin indikaattoreissa (esim. jGCaMP8f), mikä parantaa piikkien päättelyn tarkkuutta.

Kuva 1: Jännitekuvaus vain viitteeksi

Teknisesti toteutettavissa olevasta käytännössä käyttökelpoiseen suurnopeuskuvantamiseen

Aries 6504 saavuttaa 300 kuvaa sekunnissa täydellä 4,2 megapikselin resoluutiolla, mikä on kolminkertainen parannus edellisen sukupolven taustavalaistuihin sCMOS-kameroihin verrattuna.

Tämä edistysaskel laajentaa merkittävästi "":n"" ylärajaa.korkea kuvataajuus × laaja kuva-ala”kuvantamisjärjestelmä. Se parantaa kykyä tallentaa laaja-alaisia, nopeasti kehittyviä hermosoluverkon signaaleja jatarjoaa teknisen perustan laajakenttäjännitekuvantamisen siirtämiselle laboratoriodemonstraatioista käytännön tutkimussovelluksiin.

0,43 e⁻ Lukukohina — 60 %:n vähennys

Syvän kudoksen ja matalan amplitudin hermosignaalien kvantifiointi

Pylväsdiagrammi, jossa verrataan klassista sCMOS-piiriä arvolla 1,1 e− Aries 6504 -piiriä arvolla 0,43 e−.

Syväkudossironta, nopea jännitedynamiikka ja joidenkin jänniteindikaattoreiden luonnostaan alhaiset signaalitasot tekevät heikkojen signaalien kuvantamisesta erityisen haastavaa. Monissa tapauksissa heikot signaalit sijaitsevat kohinatasolla, mikä rajoittaa sekä näkyvyyttä että kvantitatiivista tarkkuutta.

Kuva 2: Kalsiumkuvaus vain viitteeksi

Aries 6504 vähentää lukukohinan 0,43 e⁻:iin, mikä on noin 60 % vähemmän kuin edellisessä mallissa, ja saavuttaa siten yhden fotonin aluetta lähestyvän teknisen tason herkkyyden. Tämä laajentaa havaittavien signaalien alarajaa ja parantaa vakautta ja kvantitatiivista luotettavuutta, mahdollistaen siirtymisen "satunnaisesti näkyvästä" "johdonmukaisesti kvantifioitavaan" syvän ja heikon signaalin kuvantamiseen. Näissä olosuhteissa kuvantamista rajoittaa ensisijaisesti biologinen signaali eikä ilmaisimen kohina.

0,01 e⁻/pikseli/s pimeävirta — 50× vähennys

Parannettu toteutettavuus pitkäkestoisille ja pitkäkestoisille kuvantamismenetelmille

Pylväsdiagrammi, jossa verrataan klassista sCMOS-mikroskooppia arvolla 0,5 e⁻/p/s Aries 6504:ään arvolla 0,01 e⁻/p/s lämpötilassa −20 °C.

In vivo -neurotieteessä pimeävirta on keskeinen tekijä, joka vaikuttaa pitkän valotusajan laatuun ja pitkäaikaisen tallennuksen vakauteen. Pitkissä kokeissa kohonnut pimeävirta vaikuttaa lähtötilanteen ajautumiseen ja heikentää kvantitatiivista johdonmukaisuutta.

Kuva 3: in vivo -neurotieteellinen kuvantaminen vain viitteeksi

Koska pimeävirta on laskettu 0,01 e⁻/pikseli/s:iin –20 °C:ssa, Aries 6504 tarjoaa 50-kertaisen parannuksen edelliseen sukupolveen verrattuna. Tämä parantaa merkittävästi pitkän valotusajan suorituskykyä ja varmistaa kuvan yhdenmukaisuuden pitkien tallennusten aikana. Pienempi pimeävirta mahdollistaa myös pienemmät viritysvalon intensiteetit, mikä minimoi fototoksisuuden ja fotovalkeutumisen – mikä on kriittistä herkille biologisille malleille ja herkille koeolosuhteille.

Johtopäätös

Viimeisen vuosikymmenen aikana sCMOS-teknologia on paitsi muuttanut tutkimuskysymysten käsittelyn mittakaavaa, myös muokannut kokeellista suunnittelua ja syventänyt ymmärrystämme aivojen toiminnasta.

Odotamme Aries 6504:n seuraavan sukupolven taustavalaistunasCMOS-kamera, jatkaakseen tämän kehityskaaren edistämistä – työskentelemällä yhdessä uusien lähestymistapojen, kuten adaptiivisen optiikan, uusien fluoresenssiantureiden ja laskennallisten kuvantamistekniikoiden, kanssa (mukaan lukien syväoppimiseen perustuva rekonstruktioYhdessä nämä kehitysaskeleet voivat auttaa tuomaan neurotieteen lähemmäksi sen pitkäaikaista tavoitetta: elävän aivojen reaaliaikaista, koko järjestelmän kattavaa, solutason havainnointia.

Jos haluat lisätietoja Aries 6504:stä tai keskustella sen sopivuudesta käyttötarkoituksiisi, ota rohkeasti yhteyttäota meihin yhteyttä.

Tarkemman teknisen analyysin Aries 6504 -kamerasta löydät tuotteen ennakkojulkaisutiedotteesta nimeltä "Tucsen julkistaa seuraavan sukupolven sCMOS-kameran, joka parantaa lukunopeutta 300 kuvaa sekunnissa ja vähentää lukukohinaa 0,43 elektroniin.”

Tucsen Photonics Co., Ltd. Kaikki oikeudet pidätetään. Mainitse lähde lainatessasi:www.tucsen.com