Name: wide-field fluorescent microscopy and fluorescent imaging flow cytometry on a cell-phone
Uploaded: 2013-04-11T09:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Wide-field Fluorescent Microscopy and Fluorescent Imaging Flow Cytometry on a Cell-phone at JoVE.com

A. Ozcan er takknemlige for støtten fra Presidential Early Career Award for forskere og ingeniører (PECASE), Army Research Office (ARO) Young Investigator Award, National Science Foundation (NSF) KARRIERE Award, Office of Naval Research (ONR) Young Investigator Award og National Institutes of Health (NIH) regissørens New Innovator Award DP2OD006427 fra Office of Director, National Institutes of Health.

I denne delen, introduserer vi de eksperimentelle protokoller for vår mobiltelefon basert wide-feltet fluorescens mikroskopi 13 og opto-fluidic bildebehandling cytometri plattform 14. Vi vil bruke fluorescerende perler og fluorescensmerkede hvite blodceller til å teste disse bildebehandling plattformer. A. Forberedelse av Cell-telefon basert Wide-field fluoriserende mikroskop og Opto-fluidic Imaging flowcytometeret Celle-telefon basert wide-f...

<ol>
	<li>Sklar, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Flow Cytometry for BioTechnology. , (2005).</li><li>Nunez, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Flow cytometry for research scientists: principle and applications. , (2001).</li><li>Mertz, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Introduction to optical microscopy. , (2010).</li><li>Ntziachristos, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Going+deeper+than+microscopy:+the+optical+imaging+frontier+in+biology.">Going deeper than microscopy: the optical imaging frontier in biology.</a> Nature Methods. 7, 603-614 (2010).</li><li>Hell, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+fluorescence+nanoscopy.">Toward fluorescence nanoscopy.</a> Nature Biotechnology. 21, 1347-1355 (2003).</li><li>Gustafsson, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonlinear+structured-illumination+microscopy:+wide-field+fluorescence+imaging+with+theoretically+unlimited+resolution.">Nonlinear structured-illumination microscopy: wide-field fluorescence imaging with theoretically unlimited resolution.</a> Proceedings of the National Academy of Science U.S.A. 102, 13081-13086 (2005).</li><li>Betzig, E., Patterson, G. H., Sougrat, R., Lindwasser, O. W., Olenych, S., Bonifacino, J. S., Davidson, M. W., Lippincott-Schwartz, J., Hess, H. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+intracellular+fluorescent+proteins+at+nanometer+resolution.">Imaging intracellular fluorescent proteins at nanometer resolution.</a> Science. 313, 1642-1645 (2006).</li><li>Rust, M. J., Bates, M., Zhuang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sub-diffraction-limit+imaging+by+stochastic+optical+reconstruction+microscopy+(STORM.">Sub-diffraction-limit imaging by stochastic optical reconstruction microscopy (STORM.</a> Nature Methods. 3, 793-796 (2006).</li><li>Hess, S. T., Girirajan, T. P., Mason, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultra-high+resolution+imaging+by+fluorescence+photoactivation+localization+microscopy.">Ultra-high resolution imaging by fluorescence photoactivation localization microscopy.</a> Biophysical Journal. 91, 4258-4272 (2006).</li><li>Ma, Z., Gerton, J. M., Wade, L. A., Quake, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluorescence+near-field+microscopy+of+DNA+at+sub-10+nm+resolution.">Fluorescence near-field microscopy of DNA at sub-10 nm resolution.</a> Physical Review Letters. 97, 260801 (2006).</li><li>Chung, E., Kim, D., Cui, Y., Kim, Y., So, P. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-dimensional+standing+wave+total+internal+reflection+fluorescence+microscopy:+superresolution+imaging+of+single+molecular+and+biological+specimens.">Two-dimensional standing wave total internal reflection fluorescence microscopy: superresolution imaging of single molecular and biological specimens.</a> Biophysical Journal. 93, 1747-1757 (2007).</li><li>Greenbaum, A., Luo, W., Su, T. -. W., G&#246;r&#246;cs, Z., Xue, L., Isikman, S. O., Coskun, A. F., Mudanyali, O., Ozcan, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+without+lenses:+achievements+and+remaining+challenges+of+wide-field+on-chip+microscopy.">Imaging without lenses: achievements and remaining challenges of wide-field on-chip microscopy.</a> Nature Methods. 9, 889-895 (2012).</li><li>Zhu, H., Yaglidere, O., Su, T. -. W., Tseng, D., Ozcan, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cost-effective+and+compact+wide-field+fluorescent+imaging+on+a+cell-phone.">Cost-effective and compact wide-field fluorescent imaging on a cell-phone.</a> Lab on a Chip. 11 (2), 315-322 (2011).</li><li>Zhu, H., Mavandadi, S., Coskun, A. F., Yaglidere, O., Ozcan, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optofluidic+fluorescent+imaging+cytometry+on+a+cell+phone.">Optofluidic fluorescent imaging cytometry on a cell phone.</a> Analytical Chemistry. 83, 6641-6647 (2011).</li><li>Suzuki, S., Abe, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computer+Visualand+Graphics.">Computer Visualand Graphics.</a> Image Processing. 30, 32-46 (1985).</li><li>Zhu, H., Sikora, U., Ozcan, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantum+dot+enabled+detection+of+Escherichia+coli+using+a+cell-phone.">Quantum dot enabled detection of Escherichia coli using a cell-phone.</a> Analyst. 137, 2541-2544 (2012).</li><li>Mudanyali, O., Dimitrov, S., Sikora, U., Padmanabhan, S., Navruz, I., Ozcan, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrated+Rapid-Diagnostic-Test+Reader+Platform+on+a+Cellphone.">Integrated Rapid-Diagnostic-Test Reader Platform on a Cellphone.</a> Lab on a Chip. 12 (15), (2012).</li><li>Candes, E. J., Romberg, J. K., Tao, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stable+signal+recovery+from+incomplete+and+inaccurate+measurements.">Stable signal recovery from incomplete and inaccurate measurements.</a> Communication of Pure and Applied Mathematics. 59, 1207-1223 (2006).</li></ol>

Vi har presentert våre nylige resultater på mobiltelefon basert wide-feltet fluoriserende mikroskopi og opto-fluidic bildebehandling flowcytometri ved hjelp av lys-vekt og kompakte opto-fluidic vedlegg til celle-telefonen kameraer. Ved hjelp av denne teknologien vi fotografert fluorescerende objekter, inkludert mikro-partikler og merket hvite blodceller i fullblodsprøver. Derfor kan denne kompakte og kostnadseffektive mobiltelefon basert fluoriserende bildebehandling verktøysett være nyttig for point-of-care diagno...

Mikroskopi og flow-cytometri er mye brukt teknikker 1-12 i biomedisinsk og vitenskapelig forskning, samt klinisk diagnose for telling og karakterisering av ulike celletyper. Men konvensjonelle mikroskoper og flow-cytometri instrumenter er relativt komplisert og dyrt, noe som begrenser bruken til hovedsakelig veletablerte sentrale laboratorier. Nylig har vi utviklet en kompakt og lett fluoriserende bildebehandling cytometri og mikroskopi enhet integrert på en mobiltelefon, 13,14 som viser løfte om å kostnadseffektivt oversette fluoriserende mikroskopi, flow-cytometri og relaterte mikro-analyseteknikker til ressurs-begrensede miljøer for ulike telemedisinske applikasjoner påvirker global helse. I optofluidic flow-cytometri konfigurasjon (se f.eks figur 1C og 1D), er en spesialdesignet polydimethysiloxane (PDMS) basert microfluidic kanal positioned foran mobiltelefonen kamera-enhet, der lysemitterende-dioder (LED) er butt-koplet til kantene av kanalen. Dette microfluidic chip, sammen med den flytende prøve inne, danner en opto-fluidic planar bølgeleder (sammensatt av f.eks PDMS-væske-PDMS) slik at magnetiseringsstrømmen lyset ledes til jevnt pumpe fluorescerende merket prøvene inne i mikro-kanal. Fluorescensemisjonen fra disse merkede objekter, for eksempel celler, er ytterligere avbildes gjennom en ekstra linse plassert rett etter mobiltelefonen kamera-enhet og er kartlagt på mobiltelefonen Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS) bildesensorer. Siden fluorescensemisjonen samles vinkelrett på eksitasjon lysbanen, er en billig plast absorpsjon filteret tilstrekkelig til å fjerne det spredte magnetisering lys og kan gi en anstendig mørke-feltet bakgrunn kreves for fluoriserende avbildning. Ved hjelp av en lignende opto-fluidic design, kan vi også bilde fluorescerende objekter i static-modus (se figur 1A og 1B), hvor det fluorescerende partikler blir klemt mellom to glassplater i stedet for å renne gjennom en microfluidic kanal og fluorescensemisjonen fra disse fluorescerende partiklene fanges opp av mobiltelefonen CMOS bildesensor for partikkeltelling og karakterisering. Basert på ulike krav til søknaden, flowcytometri eller wide-feltet fluoriserende mikroskopi kan velges. For eksempel, kunne celle-telefon flowcytometri enheten være spesielt nyttig for screening av store mengder væskeprøver (f.eks noen ml) for påvisning av sjeldne celler eller patogener. I dette manuskriptet gjennomgår vi noen av våre nylige resultater på integrering av fluorescerende mikroskopi og bildebehandling flowcytometri verktøy på en mobiltelefon ved hjelp av kompakte og kostnadseffektive opto-fluidic vedlegg. Disse mobiltelefon-baserte mikro-analyse, bildebehandling cytometri og sensing plattformer kan tilby ulike muligheterfor telemedisin og point-of-care diagnostikk, spesielt påvirker vår kamp mot globale helseutfordringer i ressurs begrensede deler av verden.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Name </td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number </td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell-phone</td>
			<td>Sony</td>
			<td>Sony Ericsson Aino</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plano-convex lens</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td># NT45-302</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aspherical lens</td>
			<td>Thorlab</td>
			<td># C230TME-A</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filter</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>#NT54-46</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Blue LED</td>
			<td>Digikey</td>
			<td>#365-1201-ND</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Battery</td>
			<td>Digikey</td>
			<td>#P032-ND</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polystyrene tube</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>#05-408-129</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Red blood cell lysing buffer</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>R7757</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SYLGARD 184 SILICONE ELASTOMER KIT</td>
			<td>Dow Corning</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Red fluorescent beads (10 &mu;m)</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>#F8834</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Green fluorescent beads (10 &mu;m)</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>#F8836</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SYTO16 nucleic acid fluorescent labeling</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td># S7578</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

wide-field fluorescent microscopy and fluorescent imaging flow cytometry on a cell-phone

Fluoriserende mikroskopi og flowcytometri er mye brukt verktøy i biomedisinsk forskning og klinisk diagnose. Men disse enhetene er generelt relativt klumpete og kostbart, noe som gjør dem mindre effektive i ressursregnskapet begrensede innstillinger. Potensielt løse disse begrensningene, har vi nylig demonstrert integreringen av wide-feltet fluoriserende mikroskopi og bildebehandling flowcytometri verktøy på mobiltelefoner ved hjelp av kompakte, lette, og kostnadseffektive opto-fluidic vedlegg. I vår strømningscytometri motivet, blir fluorescensmerkede cellene flushet gjennom en microfluidic kanal som er plassert over den eksisterende mobiltelefon kameraenheten. Batteridrevne lysdioder (LED) er butt-koplet til den side av denne microfluidic chip, som effektivt virker som en multi-modus skive bølgeleder, hvor magnetiseringsstrømmen lyset ledes til jevnt eksitere fluorescerende mål. Den mobiltelefon kamera registrerer en tid lapse film av fluorescerende celler som strømmer gjennommicrofluidic kanalen hvor de digitale rammer denne filmen blir behandlet for å telle antall av de merkede celler innenfor målet løsning av interesse. Ved hjelp av en lignende opto-fluidic design, kan vi også bilde disse fluorescently merkede celler i statisk modus ved f.eks sandwiching fluorescerende partikler mellom to glassplater og fange deres fluorescerende bilder ved hjelp av mobiltelefonen kamera, som kan gi en romlig oppløsning på f.eks ~ 10 mm over en svært stort felt-of-view av ~ 81 mm 2. Dette mobiltelefon basert fluoriserende bildebehandling flowcytometri og mikroskopi plattform kan være nyttig, spesielt i ressurs begrensede innstillinger, for eksempel telling av CD4 + T celler mot overvåking av HIV + pasienter eller for påvisning av vannbårne parasitter i drikkevannet.

Med vår opto-fluidic pumping / eksitasjon ordningen (Tall 1C og 1D), kan fluorescensmerkede celler kontinuerlig levert inn microfluidic kanal med en sprøyte pumpe mens mobiltelefonen kamera registrerer en time-lapse fluorescerende mikroskopisk film av rennende celler. Disse fluorescerende filmer kan deretter raskt analysert ved hjelp kontur-deteksjon og sporing algoritmer 14,15 automatisk bestemme det absolutte antallet og tettheten av cellene strømmer gjennom microfluidic...

Watch this Scientific Journal Video about Wide-field Fluorescent Microscopy and Fluorescent Imaging Flow Cytometry on a Cell-phone at JoVE.com

Wide-field Fluorescent Microscopy and Fluorescent Imaging Flow Cytometry on a Cell-phone

Vi gjennomgår våre nylige resultater på integrering av fluorescerende mikroskopi og bildebehandling flowcytometri verktøy på en mobiltelefon ved hjelp av kompakte og kostnadseffektive opto-fluidic vedlegg. Disse celle-telefon basert mikro-analyse-enheter kan være nyttig for cytometrisk analyse, for eksempel å utføre ulike Celletellingen oppgaver samt for high-throughput screening av f.eks vannprøver ressursanslag begrensede innstillinger.

Wide-field fluoriserende mikroskopi og fluoriserende Imaging flowcytometri på en mobiltelefon

Fluorescent microscopy and flow cytometry are widely used tools in biomedical research and clinical diagnosis. However these devices are in general ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Fluorescent Nanoparticles for the Measurement of Ion Concentration in Biological Systems

Tightly regulated ion homeostasis throughout the body is necessary for the prevention of such debilitating states as dehydration.1 In contrast, rapid ion ...

Lensless Fluorescent Microscopy on a Chip

On-chip lensless imaging in general aims to replace bulky lens-based optical microscopes with simpler and more compact designs, especially for ...

Specimen Preparation, Imaging, and Analysis Protocols for Knife-edge Scanning Microscopy

Prøven Forberedelse, Imaging, og analyse protokoller for Knife-edge Scanning Mikroskopi

Major advances in high-throughput, high-resolution, 3D microscopy techniques have enabled the acquisition of large volumes of neuroanatomical data at ...

Analyzing Cellular Internalization of Nanoparticles and Bacteria by Multi-spectral Imaging Flow Cytometry

Nanoparticulate  systems have emerged as valuable tools in vaccine delivery through their  ability to efficiently deliver cargo, including proteins, to ...

Localization and Relative Quantification of Carbon Nanotubes in Cells with Multispectral Imaging Flow Cytometry

Lokalisering og Relativ Kvantifisering av karbonnanorør i Celler med Multispectral Imaging flowcytometrisystemer

Carbon-based nanomaterials, like carbon nanotubes (CNTs), belong to this type of nanoparticles which are very difficult to discriminate from carbon-rich ...

A Novel Method for Localizing Reporter Fluorescent Beads Near the Cell Culture Surface for Traction Force Microscopy

En ny metode for lokalisering Reporter fluoriserende perler Nær Cell Culture Surface for trekkraft Mikros

PA gels have long been used as a platform to study cell traction forces due to ease of fabrication and the ability to tune their elastic properties. When ...

Sensitive Detection of Proteopathic Seeding Activity with FRET Flow Cytometry

Sensitive Påvisning av Proteopathic Seeding aktivitet med FRET flowcytometrisystemer

Increasing evidence supports transcellular propagation of toxic protein aggregates, or proteopathic seeds, as a mechanism for the initiation and ...

Visualizing Adhesion Formation in Cells by Means of Advanced Spinning Disk-Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy

Visualisere vedheft formasjon i celler ved hjelp av avansert spinner disken totalt interne refleksjon fluorescens mikroskopi

In living cells, processes such as adhesion formation involve extensive structural changes in the plasma membrane and the cell interior. In order to ...

An Automated Method to Perform The In Vitro Micronucleus Assay using Multispectral Imaging Flow Cytometry

En automatisert metode for å utføre in vitro Mikronukleus analysen bruker multispectral Imaging Flow flowcytometri

The in vitro micronucleus (MN) assay is often used to evaluate cytotoxicity and genotoxicity but scoring the assay via manual microscopy is laborious and ...

Ovarian Cancer Detection Using Photoacoustic Flow Cytometry

Kreft deteksjon av eggstokkene bruke Photoacoustic Flow flowcytometri

Many studies suggest that the enumeration of circulating tumor cells (CTCs) may show promise as a prognostic tool for ovarian cancer. Current strategies ...