Applicazioni di microscopia ad illuminazione strutturata per studio di fenomeni veloci

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Applicazioni di microscopia ad illuminazione strutturata per studio di fenomeni veloci Relazione di dottorato A.A.:2012 Ciclo XXVII Dottorando: Paolo Pozzi Tutore: Giuseppe Chirico Laboratory of Advanced Biological Spectroscopy Università degli studi di Milano – Bicocca Dipartimento di fisica G.Occhialini

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Università degli studi di Milano – Bicocca Dipartimento di fisica G.Occhialini. Applicazioni di microscopia ad illuminazione strutturata per studio di fenomeni veloci. Relazione di dottorato A.A.:2012 Ciclo XXVII. Dottorando : Paolo Pozzi Tutore : Giuseppe Chirico. - PowerPoint PPT Presentation

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Applicazioni di microscopia ad illuminazione strutturata per

studio di fenomeni velociRelazione di dottorato A.A.:2012 Ciclo XXVII

Dottorando: Paolo PozziTutore: Giuseppe Chirico

Laboratory of Advanced Biological Spectroscopy

Università degli studi di Milano – BicoccaDipartimento di fisica G.Occhialini

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Summary

• Fluorescence

• “Standard” Microscopy

• Structured Illumination

• Neural Network Analysis

• Calcium Imaging

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Fluorescence

fluorophore

Linear phenomenon

S1

S2

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CCD

ObjectiveEx

cita

tion

filte

r

Emission filterDichroic mirror

Sample

Microscope Field of View

Lamp

Epifluorescence Microscope

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Two Photon Fluorescence

fluorophore

Non - Linear phenomenon

S1

S2

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Phototube

Objective

Emission filterDichroic mirror

Sample

Microscope Field of View

Two Photon Microscope

Laser Source

Galvanometric mirrors

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Scanning Imaging

Very slow!!!

10-15 fps max

I

t

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Phase Shaping

𝐸=𝐴 (𝑥 , 𝑦 )𝑒𝑖 𝜑 (𝑥 , 𝑦 )𝑡

FFT

FFT

Standard microscope:

Structured Illumination:

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Objective

Emission filterDichroic mirror

Sample

Microscope Field of View

Structured IlluminationMicroscope

Laser Source

CCD

SLM

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What do we Watch?Millisecond scale fluorescence variations in multiple locations:

Blood flow cross-correlationNeural network monitoring

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Neurons

𝐾 +¿ ¿

𝐶𝑙−𝑁𝑎+¿ ¿

𝐾 +¿ ¿

𝐶𝑙−𝑁𝑎+¿ ¿

𝐴−

Ionic ChannelsDendrites

Axon

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Action PotentialPo

tenti

al

−70𝑚𝑉

0𝑚𝑉

−60𝑚𝑉

+30𝑚𝑉

Resting potential

Sodium Channels Open

Potassium Channels Open

Times

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Voltage Sensitive Dyes• Membrane Marker• Extremely sensible to Stark Effect• Two photon fluorescence change

S2

S1

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The experiment

Mossy Fiber (Input)

Purkinje Cell (Output)

Granule Cells (Elaboration)

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Imaging

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Data Acquisition

WIP

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Calcium Imaging

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