오늘 SIM (Structured illumination microscopy)를 사용했다.
옛날에 다 배운 내용인데 하나도 기억이 나지 않아서 사용한 김에 현미경에 관한 내용을 포스팅하고자 한다.
Super-resolution microscope 초고해상도 현미경은 빛의 회절 한계를 극복하고 confocal보다 더 자세하게 세포 내 구조를 연구하기 위해 만들어진 현미경이다.
Super-resolution microscopy 은 가로/축 해상도와 고유의 최대 temporal resolution이 서로 다른 두 그룹으로 분류할 수 있다.
첫째는 도넛이나 줄무늬처럼 균일하지 않은 모양으로 성형한 입사광을 사용하는 광학적 방식으로 형광 이미지의 resolution을 높이는 방법이다. Stimulated Emission Depletion (STED) 와 Structured Illumination microscopy 등이 있다.
둘째는 형광 분자들을 임의로 끄고 켜는 방법을 이용하여 단일 분자를 분리함으로써 resolution의 한계를 극복하는 localized-based 기법이다. Stochastic Optical Reconstruction microscopy (STORM) 와 Photo-activation Localization Microscopy (PALM) 등이 있다.
그 중에서 오늘 사용한 SIM 은 샘플의 다른 조도? illuminations 으로 재구성된 최종 이미지를 얻는 것이다.
SIM은 형광입사광을 2차원의 줄무늬로 성형하여 해상도를 높인다. 어느 특정의 농담 패턴으로 조명하는 것을 구조화 조명이라고 하는데, sample 의 미세 구조 위에 줄무늬 조명 패턴을 거듭하면 모아레라고 불리는 굵은 줄무늬가 나타난다. 이러한 줄무늬 입사광에 의하여 형광 이미지를 얻으면, 샘플의 구조와 입사광의 무늬가 더해져 맥놀이 (beating)을 일으킴으로써 최종 이미지의 공간진동수가 증가된다. 모아레에는 sample의 세부구조정보가 포함되어 있기 때문에 모아레를 촬영하여 이미지 연산에 의해 원래의 구조를 복원하는 것이다. 1장의 이미지에서는 정보가 부족하기 때문에 위상과 방향을 바꾸어 여러장의 이미지를 촬영한 후 고해상도의 이미지를 구축한다.
SIM 은 일반적인 형광 이미징에 사용되는 광량만 가지고도 고해상도를 구현한다. 따라서 살아있는 세포에 빛에 의한 독성의 염려없이 고해상도 이미지를 장기간 얻을 수 있다. 광학적 방식을 사용하기 때문에 낮은 광원을 사용하여 어떠한 형광 물질도 사용할 수 있으므로 기존에 만들어진 형광단백질로 표지된 세포 등 다양한 생체 시료에 적용될 수 있다. 그러나 얻을 수 있는 해상도가 100nm로 최상의 해상도를 구현하는 STORM (6~20nm) 등과 비교하면 가장 낮은 해상도를 제공한다.
요즘 수학과 너무 멀어져서... 물리학적인 원리와 알고리즘은 포기하도록 하겠다...
(Reference)
2. Advances in Optics and Photonics 7, 241–275 (2015) doi:10.1364/AOP.7.000241 241 1943-8206/15/020241-35$15/0$15.00 © OSA
3. https://en.wikipedia.org/wiki/Super-resolution_microscopy
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