Linear and nonlinear optical imaging of moss chloroplasts

Thumbnail Image

Files

master_Ångerman_Robin_2019.pdf (8.51 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2019-10-21

Department

Major/Subject

Micro- and Nanosciences

Mcode

ELEC3037

Degree programme

Master’s Programme in Electronics and Nanotechnology (TS2013)

Language

en

Pages

71 + 1

Series

Abstract

Over the last three decades, two-photon microscopy (2PM) has gained considerable attention for bio-medical imaging as a result of depth resolved imaging in highly-scattering tissues by nonlinear two-photon (2P) effects. 2P effects include second harmonic generation (SHG) and two-photon excited fluorescence (2PEF). This thesis evaluates the feasibility of using an in-house 2PM setup for imaging the mouse retina. For this purpose, moss leaf chloroplasts (Plagiomnium affine) were imaged by linear and nonlinear optical imaging techniques using two objectives, a dry and a water immersion objective. The results show that use of a water immersion objective in the in-house setup yields depth-resolved 2P images of chloroplasts in the moss leaf. This result agrees well with previous work, indicating that the 2PM would be capable of imaging the retina. The thesis also studies the need for dark-adapting the moss samples in order to reduce starch signal uncertainty adversely affecting chloroplast SHG imaging. Eliminating the dark-adapting process should shorten the SHG measurement process for future work. This uncertainty is studied by comparing 2P images of both dark-adapted and normal types of moss. The results showed no discernible differences between the two chloroplast sample types, suggesting that starch granules have no effect on SHG imaging of chloroplasts. Future work could use filtering before the detector in order to discriminate SHG from 2PEF, as this would reveal starch granules as bright spots inside the chloroplasts.

Under de tre senaste årtionden har intresset för tvåfoton mikroskopi (2FM) ökat avsevärt i de biologiska och medicinska områden på grund av dess förmåga att avbilda celler djupt i levande sampel som följd av dess icke-linjära tvåfotonegenskaper. Tvåfotoneffekter omfattar tvåfoton exciterad fluorescens (2FEF) och frekvensfördubbling (FD). Detta slutarbete utvärderar 2FM anordningens förmåga att avbilda näthinnan av möss. Utvärderingen genomförs genom att avbilda simplare biologiska sampel, i detta fall celler av ett mossblad (Plagiomnium affine), vilket innehåller kloroplaster. 2FM anordningen avbildar tvåfoton signaler från samplen med luft och vatten baserade mikroskop immersionsobjektiv. Resultaten visar att användning av ett vatten immersionsobjektiv kan producera bilder av kloroplaster på ett 200 ums djup. Detta resultat matchar med tidigare forskning, vilket också tyder på att 2FM anordningen har möjligheten av att avbilda retinan. Framtida arbete kunde undersöka hur trefoton mikroskopi tillämpas på biologiska sampel, då denna använder längre vånglängder för att nå celler på djupare nivå, samt att trefotoneffekter ökar både bildens resolution och mikroskopets förmåga att avbilda mindre celler. Detta slutarbete undersöker också ifall mossa måste mörk anpassas för att undvika osäkerheter som uppstår då man mäter FD signaler från kloroplaster som innehåller stärkelse. Genom att undvika mörk anpassningen av mossa förkortas avbildningsprocessen. Osäkerheten studeras genom att jämföra bilder av normal och mörk anpassad mossa. Jämförelsen visade inga klara tecken på att stärkelsen skulle avge störande signalar, vilket tyder på att stärkelse inte har en effekt på mätningarna. Framtida arbete kunde använda sig av optiska filter som filtrerar 2FEF men inte FD, vilka skulle diskriminera stärkelsens signaler från kloroplastens autofluorescense.

Description

Supervisor

Sun, Zhipei

Thesis advisor

Ala-Laurila, Petri

Keywords

two-photon imaging, two-photon excited fluorescence, second harmonic generation, multiphoton microscopy

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201910275805

Collections

[dipl] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC