Following live cells – A novel high content high throughput screening platform

The goal was to develop a light-microscope platform concept, which allows the structural and functional characterization of live cells in microtiterplates with a speed, sensitivity and versatility unattainable so far. The goal was achieved by combining several novel technological concepts:•using mineral-cast as body material, thus having a 14x better vibration damping than with conventional metal-materials;•employing a model-based digital control for a voice coil focus drive. The drive features an excursion of 10 mm with nanometer resolution and with minimal response times (1 ms for a 1 μm step and<500 ms for a 10 mm step);•applying galvanometer-scanning technology to follow a continuously moving sample during image acquisition, thus avoiding the usual stop & go;•implementing rapid (millisecond) switching of excitation wavelengths in the wavelength-range from 280 to 680 nm;•automated dual emission image registration and•easy integration of environmental control.

ZusammenfassungZiel war die Entwicklung einer Lichtmikroskop-Plattform, mit der sich lebende Zellen in Mikrotiterplatten mit einer bisher unerreichten Geschwindigkeit, Empfindlichkeit und Vielseitigkeit charakterisieren lassen.Das Ziel wurde durch die kombinierte Anwendung einer Reihe neuer Technologien erreicht. Dazu gehören:•ein digitales, modellbasiertes Regelkonzept, mit dessen Hilfe ein Voice-Coil Aktor einen Fokus-Antrieb mit Nanometer-Präzision und maximaler Geschwindigkeit große Stellwege bewältigen lässt. Kleine Sprünge (1 μm) können in ca. 1 ms erfolgen, der volle Hub von 10 mm benötigt höchstens 500 ms;•ein Scanner-basiertes Nachverfolgen der Probe, wobei das Präparat beim Screening-Prozess mit konstanter Geschwindigkeit am Objektiv vorbeibewegt wird;•ein schnelles Verstellen der Anregungswellenlänge in Kombination mit einer gleichzeitigen Aufspaltung des Kamerabilds in zwei frei wählbare Emissionsfarben;•Konzepte für eine nahtlose Integration von Temperierung und Begasung der Probe.Die neuartige Plattform baut auf einer hochkompakten, steifen Mineralguss-Struktur auf, die eine 14x bessere Schwingungsdämpfung als üblicherweise eingesetzte Grau- oder Aluguss-Konstruktionen aufweist.

ResùmenEl objetivo fue el desarrollo de una plataforma para microscopía óptica de fluorescencia para la caracterización funcional y estructural de células vivas en microplacas con una velocidad, sensibilidad y versatilidad hasta ahora no alcanzadas. Para ello se emplearon diferentes conceptos tecnológicos de avanzada tales como:•La utilización de un soporte mineral, lo que permite un amortiguamiento 14 veces mayor que con los soportes metálicos habituales;•el empleo de un control digital para el ajuste del foco mediante una bobina de voz, lo que permite una resolución nanométrica y una velocidad de respuesta máxima 1 ms para un paso de 1 μm y<500 ms para un paso de 10 mm;•el uso de tecnología de escáner galvanométrico, que permite el seguimiento de una muestra en continuo movimiento durante la adquisición de la imagen, evitando así el frecuente “stop & go”;•la implementación de un mecanismo rápido (milisegundos) de intercambio de longitudes de onda de exitación en el rango de 280 a 680 nm;•registro automático de la imágen en dos longitudes de onda de emisión diferentes;•fácil integración del control ambiental (temperatura, aireación).