Abstract

We describe the corkscrew point spread function (PSF), which can localize objects in three dimensions throughout a 3.2μm depth of field with nanometer precision. The corkscrew PSF rotates as a function of the axial (z) position of an emitter. Fisher information calculations show that the corkscrew PSF can achieve nanometer localization precision with limited numbers of photons. We demonstrate three-dimensional super-resolution microscopy with the corkscrew PSF by imaging beads on the surface of a triangular polydimethylsiloxane (PDMS) grating. With 99,000 photons detected, the corkscrew PSF achieves a localization precision of 2.7nm in x, 2.1nm in y, and 5.7nm in z.

© 2011 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. P. Prabhat, S. Ram, E. S. Ward, and R. J. Ober, IEEE Transactions on Nanobioscience 3, 237 (2004).
    [CrossRef]
  2. A. Greengard, Y. Y. Schechner, and R. Piestun, Opt. Lett. 31, 181 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. S. Ram, P. Prabhat, J. Chao, E. S. Ward, and R. J. Ober, Biophys. J. 95, 6025 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. H. P. Kao and A. S. Verkman, Biophys. J. 67, 1291 (1994).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. L. Holtzer, T. Meckel, and T. Schmidt, Appl. Phys. Lett. 90, 053902 (2007).
    [CrossRef]
  6. B. Huang, W. Wang, M. Bates, and X. Zhuang, Science 319, 810 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. M. D. McMahon, A. J. Berglund, P. Carmichael, J. J. McClelland, and J. A. Liddle, ACS Nano 3, 609 (2009).
    [CrossRef] [PubMed]
  8. J. Tang, J. Akerboom, A. Vaziri, L. L. Looger, and C. V. Shank, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 10068 (2010).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. P. Prabhat, Z. Gan, J. Chao, S. Ram, C. Vaccaro, S. Gibbons, R. J. Ober, and E. S. Ward, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 5889 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. M. F. Juette, T. J. Gould, M. D. Lessard, M. J. Mlodzianoski, B. S. Nagpure, B. T. Bennett, S. T. Hess, and J. Bewersdorf, Nat. Meth. 5, 527 (2008).
    [CrossRef]
  11. Y. Sun, J. D. McKenna, J. M. Murray, E. M. Ostap, and Y. E. Goldman, Nano Lett. 9, 2676 (2009).
    [CrossRef] [PubMed]
  12. C. V. Middendorff, A. Egner, C. Geisler, S. W. Hell, and A. Schönle, Opt. Express 16, 20774 (2008).
    [CrossRef]
  13. G. Shtengel, J. A. Galbraith, C. G. Galbraith, J. Lippincott-Schwartz, J. M. Gillette, S. Manley, R. Sougrat, C. M. Waterman, P. Kanchanawong, M. W. Davidson, R. D. Fetter, and H. F. Hess, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106, 3125 (2009).
    [CrossRef] [PubMed]
  14. R. Piestun, Y. Y. Schechner, and J. Shamir, J. Opt. Soc. Am. A 17, 294 (2000).
    [CrossRef]
  15. M. A. Thompson, M. D. Lew, M. Badieirostami, and W. E. Moerner, Nano Lett. 10, 211 (2010).
    [CrossRef]
  16. S. R. P. Pavani and R. Piestun, Opt. Express 16, 3484 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  17. G. Grover, S. R. P. Pavani, and R. Piestun, Opt. Lett. 35, 3306 (2010).
    [CrossRef] [PubMed]
  18. M. Badieirostami, M. D. Lew, M. A. Thompson, and W. E. Moerner, Appl. Phys. Lett. 97, 161103 (2010).
    [CrossRef] [PubMed]

2010 (4)

J. Tang, J. Akerboom, A. Vaziri, L. L. Looger, and C. V. Shank, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 10068 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

M. A. Thompson, M. D. Lew, M. Badieirostami, and W. E. Moerner, Nano Lett. 10, 211 (2010).
[CrossRef]

M. Badieirostami, M. D. Lew, M. A. Thompson, and W. E. Moerner, Appl. Phys. Lett. 97, 161103 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

G. Grover, S. R. P. Pavani, and R. Piestun, Opt. Lett. 35, 3306 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

2009 (3)

Y. Sun, J. D. McKenna, J. M. Murray, E. M. Ostap, and Y. E. Goldman, Nano Lett. 9, 2676 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

G. Shtengel, J. A. Galbraith, C. G. Galbraith, J. Lippincott-Schwartz, J. M. Gillette, S. Manley, R. Sougrat, C. M. Waterman, P. Kanchanawong, M. W. Davidson, R. D. Fetter, and H. F. Hess, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106, 3125 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

M. D. McMahon, A. J. Berglund, P. Carmichael, J. J. McClelland, and J. A. Liddle, ACS Nano 3, 609 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

2008 (5)

M. F. Juette, T. J. Gould, M. D. Lessard, M. J. Mlodzianoski, B. S. Nagpure, B. T. Bennett, S. T. Hess, and J. Bewersdorf, Nat. Meth. 5, 527 (2008).
[CrossRef]

S. Ram, P. Prabhat, J. Chao, E. S. Ward, and R. J. Ober, Biophys. J. 95, 6025 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

B. Huang, W. Wang, M. Bates, and X. Zhuang, Science 319, 810 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

S. R. P. Pavani and R. Piestun, Opt. Express 16, 3484 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

C. V. Middendorff, A. Egner, C. Geisler, S. W. Hell, and A. Schönle, Opt. Express 16, 20774 (2008).
[CrossRef]

2007 (2)

L. Holtzer, T. Meckel, and T. Schmidt, Appl. Phys. Lett. 90, 053902 (2007).
[CrossRef]

P. Prabhat, Z. Gan, J. Chao, S. Ram, C. Vaccaro, S. Gibbons, R. J. Ober, and E. S. Ward, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 5889 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

2006 (1)

2004 (1)

P. Prabhat, S. Ram, E. S. Ward, and R. J. Ober, IEEE Transactions on Nanobioscience 3, 237 (2004).
[CrossRef]

2000 (1)

1994 (1)

H. P. Kao and A. S. Verkman, Biophys. J. 67, 1291 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

Akerboom, J.

J. Tang, J. Akerboom, A. Vaziri, L. L. Looger, and C. V. Shank, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 10068 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

Badieirostami, M.

M. A. Thompson, M. D. Lew, M. Badieirostami, and W. E. Moerner, Nano Lett. 10, 211 (2010).
[CrossRef]

M. Badieirostami, M. D. Lew, M. A. Thompson, and W. E. Moerner, Appl. Phys. Lett. 97, 161103 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

Bates, M.

B. Huang, W. Wang, M. Bates, and X. Zhuang, Science 319, 810 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Bennett, B. T.

M. F. Juette, T. J. Gould, M. D. Lessard, M. J. Mlodzianoski, B. S. Nagpure, B. T. Bennett, S. T. Hess, and J. Bewersdorf, Nat. Meth. 5, 527 (2008).
[CrossRef]

Berglund, A. J.

M. D. McMahon, A. J. Berglund, P. Carmichael, J. J. McClelland, and J. A. Liddle, ACS Nano 3, 609 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

Bewersdorf, J.

M. F. Juette, T. J. Gould, M. D. Lessard, M. J. Mlodzianoski, B. S. Nagpure, B. T. Bennett, S. T. Hess, and J. Bewersdorf, Nat. Meth. 5, 527 (2008).
[CrossRef]

Carmichael, P.

M. D. McMahon, A. J. Berglund, P. Carmichael, J. J. McClelland, and J. A. Liddle, ACS Nano 3, 609 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

Chao, J.

S. Ram, P. Prabhat, J. Chao, E. S. Ward, and R. J. Ober, Biophys. J. 95, 6025 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

P. Prabhat, Z. Gan, J. Chao, S. Ram, C. Vaccaro, S. Gibbons, R. J. Ober, and E. S. Ward, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 5889 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Davidson, M. W.

G. Shtengel, J. A. Galbraith, C. G. Galbraith, J. Lippincott-Schwartz, J. M. Gillette, S. Manley, R. Sougrat, C. M. Waterman, P. Kanchanawong, M. W. Davidson, R. D. Fetter, and H. F. Hess, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106, 3125 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

Egner, A.

Fetter, R. D.

G. Shtengel, J. A. Galbraith, C. G. Galbraith, J. Lippincott-Schwartz, J. M. Gillette, S. Manley, R. Sougrat, C. M. Waterman, P. Kanchanawong, M. W. Davidson, R. D. Fetter, and H. F. Hess, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106, 3125 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

Galbraith, C. G.

G. Shtengel, J. A. Galbraith, C. G. Galbraith, J. Lippincott-Schwartz, J. M. Gillette, S. Manley, R. Sougrat, C. M. Waterman, P. Kanchanawong, M. W. Davidson, R. D. Fetter, and H. F. Hess, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106, 3125 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

Galbraith, J. A.

G. Shtengel, J. A. Galbraith, C. G. Galbraith, J. Lippincott-Schwartz, J. M. Gillette, S. Manley, R. Sougrat, C. M. Waterman, P. Kanchanawong, M. W. Davidson, R. D. Fetter, and H. F. Hess, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106, 3125 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

Gan, Z.

P. Prabhat, Z. Gan, J. Chao, S. Ram, C. Vaccaro, S. Gibbons, R. J. Ober, and E. S. Ward, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 5889 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Geisler, C.

Gibbons, S.

P. Prabhat, Z. Gan, J. Chao, S. Ram, C. Vaccaro, S. Gibbons, R. J. Ober, and E. S. Ward, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 5889 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Gillette, J. M.

G. Shtengel, J. A. Galbraith, C. G. Galbraith, J. Lippincott-Schwartz, J. M. Gillette, S. Manley, R. Sougrat, C. M. Waterman, P. Kanchanawong, M. W. Davidson, R. D. Fetter, and H. F. Hess, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106, 3125 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

Goldman, Y. E.

Y. Sun, J. D. McKenna, J. M. Murray, E. M. Ostap, and Y. E. Goldman, Nano Lett. 9, 2676 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

Gould, T. J.

M. F. Juette, T. J. Gould, M. D. Lessard, M. J. Mlodzianoski, B. S. Nagpure, B. T. Bennett, S. T. Hess, and J. Bewersdorf, Nat. Meth. 5, 527 (2008).
[CrossRef]

Greengard, A.

Grover, G.

Hell, S. W.

Hess, H. F.

G. Shtengel, J. A. Galbraith, C. G. Galbraith, J. Lippincott-Schwartz, J. M. Gillette, S. Manley, R. Sougrat, C. M. Waterman, P. Kanchanawong, M. W. Davidson, R. D. Fetter, and H. F. Hess, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106, 3125 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

Hess, S. T.

M. F. Juette, T. J. Gould, M. D. Lessard, M. J. Mlodzianoski, B. S. Nagpure, B. T. Bennett, S. T. Hess, and J. Bewersdorf, Nat. Meth. 5, 527 (2008).
[CrossRef]

Holtzer, L.

L. Holtzer, T. Meckel, and T. Schmidt, Appl. Phys. Lett. 90, 053902 (2007).
[CrossRef]

Huang, B.

B. Huang, W. Wang, M. Bates, and X. Zhuang, Science 319, 810 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Juette, M. F.

M. F. Juette, T. J. Gould, M. D. Lessard, M. J. Mlodzianoski, B. S. Nagpure, B. T. Bennett, S. T. Hess, and J. Bewersdorf, Nat. Meth. 5, 527 (2008).
[CrossRef]

Kanchanawong, P.

G. Shtengel, J. A. Galbraith, C. G. Galbraith, J. Lippincott-Schwartz, J. M. Gillette, S. Manley, R. Sougrat, C. M. Waterman, P. Kanchanawong, M. W. Davidson, R. D. Fetter, and H. F. Hess, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106, 3125 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

Kao, H. P.

H. P. Kao and A. S. Verkman, Biophys. J. 67, 1291 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

Lessard, M. D.

M. F. Juette, T. J. Gould, M. D. Lessard, M. J. Mlodzianoski, B. S. Nagpure, B. T. Bennett, S. T. Hess, and J. Bewersdorf, Nat. Meth. 5, 527 (2008).
[CrossRef]

Lew, M. D.

M. A. Thompson, M. D. Lew, M. Badieirostami, and W. E. Moerner, Nano Lett. 10, 211 (2010).
[CrossRef]

M. Badieirostami, M. D. Lew, M. A. Thompson, and W. E. Moerner, Appl. Phys. Lett. 97, 161103 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

Liddle, J. A.

M. D. McMahon, A. J. Berglund, P. Carmichael, J. J. McClelland, and J. A. Liddle, ACS Nano 3, 609 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

Lippincott-Schwartz, J.

G. Shtengel, J. A. Galbraith, C. G. Galbraith, J. Lippincott-Schwartz, J. M. Gillette, S. Manley, R. Sougrat, C. M. Waterman, P. Kanchanawong, M. W. Davidson, R. D. Fetter, and H. F. Hess, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106, 3125 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

Looger, L. L.

J. Tang, J. Akerboom, A. Vaziri, L. L. Looger, and C. V. Shank, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 10068 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

Manley, S.

G. Shtengel, J. A. Galbraith, C. G. Galbraith, J. Lippincott-Schwartz, J. M. Gillette, S. Manley, R. Sougrat, C. M. Waterman, P. Kanchanawong, M. W. Davidson, R. D. Fetter, and H. F. Hess, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106, 3125 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

McClelland, J. J.

M. D. McMahon, A. J. Berglund, P. Carmichael, J. J. McClelland, and J. A. Liddle, ACS Nano 3, 609 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

McKenna, J. D.

Y. Sun, J. D. McKenna, J. M. Murray, E. M. Ostap, and Y. E. Goldman, Nano Lett. 9, 2676 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

McMahon, M. D.

M. D. McMahon, A. J. Berglund, P. Carmichael, J. J. McClelland, and J. A. Liddle, ACS Nano 3, 609 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

Meckel, T.

L. Holtzer, T. Meckel, and T. Schmidt, Appl. Phys. Lett. 90, 053902 (2007).
[CrossRef]

Middendorff, C. V.

Mlodzianoski, M. J.

M. F. Juette, T. J. Gould, M. D. Lessard, M. J. Mlodzianoski, B. S. Nagpure, B. T. Bennett, S. T. Hess, and J. Bewersdorf, Nat. Meth. 5, 527 (2008).
[CrossRef]

Moerner, W. E.

M. A. Thompson, M. D. Lew, M. Badieirostami, and W. E. Moerner, Nano Lett. 10, 211 (2010).
[CrossRef]

M. Badieirostami, M. D. Lew, M. A. Thompson, and W. E. Moerner, Appl. Phys. Lett. 97, 161103 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

Murray, J. M.

Y. Sun, J. D. McKenna, J. M. Murray, E. M. Ostap, and Y. E. Goldman, Nano Lett. 9, 2676 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

Nagpure, B. S.

M. F. Juette, T. J. Gould, M. D. Lessard, M. J. Mlodzianoski, B. S. Nagpure, B. T. Bennett, S. T. Hess, and J. Bewersdorf, Nat. Meth. 5, 527 (2008).
[CrossRef]

Ober, R. J.

S. Ram, P. Prabhat, J. Chao, E. S. Ward, and R. J. Ober, Biophys. J. 95, 6025 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

P. Prabhat, Z. Gan, J. Chao, S. Ram, C. Vaccaro, S. Gibbons, R. J. Ober, and E. S. Ward, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 5889 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

P. Prabhat, S. Ram, E. S. Ward, and R. J. Ober, IEEE Transactions on Nanobioscience 3, 237 (2004).
[CrossRef]

Ostap, E. M.

Y. Sun, J. D. McKenna, J. M. Murray, E. M. Ostap, and Y. E. Goldman, Nano Lett. 9, 2676 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

Pavani, S. R. P.

Piestun, R.

Prabhat, P.

S. Ram, P. Prabhat, J. Chao, E. S. Ward, and R. J. Ober, Biophys. J. 95, 6025 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

P. Prabhat, Z. Gan, J. Chao, S. Ram, C. Vaccaro, S. Gibbons, R. J. Ober, and E. S. Ward, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 5889 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

P. Prabhat, S. Ram, E. S. Ward, and R. J. Ober, IEEE Transactions on Nanobioscience 3, 237 (2004).
[CrossRef]

Ram, S.

S. Ram, P. Prabhat, J. Chao, E. S. Ward, and R. J. Ober, Biophys. J. 95, 6025 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

P. Prabhat, Z. Gan, J. Chao, S. Ram, C. Vaccaro, S. Gibbons, R. J. Ober, and E. S. Ward, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 5889 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

P. Prabhat, S. Ram, E. S. Ward, and R. J. Ober, IEEE Transactions on Nanobioscience 3, 237 (2004).
[CrossRef]

Schechner, Y. Y.

Schmidt, T.

L. Holtzer, T. Meckel, and T. Schmidt, Appl. Phys. Lett. 90, 053902 (2007).
[CrossRef]

Schönle, A.

Shamir, J.

Shank, C. V.

J. Tang, J. Akerboom, A. Vaziri, L. L. Looger, and C. V. Shank, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 10068 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

Shtengel, G.

G. Shtengel, J. A. Galbraith, C. G. Galbraith, J. Lippincott-Schwartz, J. M. Gillette, S. Manley, R. Sougrat, C. M. Waterman, P. Kanchanawong, M. W. Davidson, R. D. Fetter, and H. F. Hess, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106, 3125 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

Sougrat, R.

G. Shtengel, J. A. Galbraith, C. G. Galbraith, J. Lippincott-Schwartz, J. M. Gillette, S. Manley, R. Sougrat, C. M. Waterman, P. Kanchanawong, M. W. Davidson, R. D. Fetter, and H. F. Hess, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106, 3125 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

Sun, Y.

Y. Sun, J. D. McKenna, J. M. Murray, E. M. Ostap, and Y. E. Goldman, Nano Lett. 9, 2676 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

Tang, J.

J. Tang, J. Akerboom, A. Vaziri, L. L. Looger, and C. V. Shank, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 10068 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

Thompson, M. A.

M. A. Thompson, M. D. Lew, M. Badieirostami, and W. E. Moerner, Nano Lett. 10, 211 (2010).
[CrossRef]

M. Badieirostami, M. D. Lew, M. A. Thompson, and W. E. Moerner, Appl. Phys. Lett. 97, 161103 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

Vaccaro, C.

P. Prabhat, Z. Gan, J. Chao, S. Ram, C. Vaccaro, S. Gibbons, R. J. Ober, and E. S. Ward, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 5889 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Vaziri, A.

J. Tang, J. Akerboom, A. Vaziri, L. L. Looger, and C. V. Shank, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 10068 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

Verkman, A. S.

H. P. Kao and A. S. Verkman, Biophys. J. 67, 1291 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

Wang, W.

B. Huang, W. Wang, M. Bates, and X. Zhuang, Science 319, 810 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Ward, E. S.

S. Ram, P. Prabhat, J. Chao, E. S. Ward, and R. J. Ober, Biophys. J. 95, 6025 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

P. Prabhat, Z. Gan, J. Chao, S. Ram, C. Vaccaro, S. Gibbons, R. J. Ober, and E. S. Ward, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 5889 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

P. Prabhat, S. Ram, E. S. Ward, and R. J. Ober, IEEE Transactions on Nanobioscience 3, 237 (2004).
[CrossRef]

Waterman, C. M.

G. Shtengel, J. A. Galbraith, C. G. Galbraith, J. Lippincott-Schwartz, J. M. Gillette, S. Manley, R. Sougrat, C. M. Waterman, P. Kanchanawong, M. W. Davidson, R. D. Fetter, and H. F. Hess, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106, 3125 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

Zhuang, X.

B. Huang, W. Wang, M. Bates, and X. Zhuang, Science 319, 810 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

ACS Nano (1)

M. D. McMahon, A. J. Berglund, P. Carmichael, J. J. McClelland, and J. A. Liddle, ACS Nano 3, 609 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

Appl. Phys. Lett. (2)

L. Holtzer, T. Meckel, and T. Schmidt, Appl. Phys. Lett. 90, 053902 (2007).
[CrossRef]

M. Badieirostami, M. D. Lew, M. A. Thompson, and W. E. Moerner, Appl. Phys. Lett. 97, 161103 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

Biophys. J. (2)

S. Ram, P. Prabhat, J. Chao, E. S. Ward, and R. J. Ober, Biophys. J. 95, 6025 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

H. P. Kao and A. S. Verkman, Biophys. J. 67, 1291 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

IEEE Transactions on Nanobioscience (1)

P. Prabhat, S. Ram, E. S. Ward, and R. J. Ober, IEEE Transactions on Nanobioscience 3, 237 (2004).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. A (1)

Nano Lett. (2)

M. A. Thompson, M. D. Lew, M. Badieirostami, and W. E. Moerner, Nano Lett. 10, 211 (2010).
[CrossRef]

Y. Sun, J. D. McKenna, J. M. Murray, E. M. Ostap, and Y. E. Goldman, Nano Lett. 9, 2676 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

Nat. Meth. (1)

M. F. Juette, T. J. Gould, M. D. Lessard, M. J. Mlodzianoski, B. S. Nagpure, B. T. Bennett, S. T. Hess, and J. Bewersdorf, Nat. Meth. 5, 527 (2008).
[CrossRef]

Opt. Express (2)

Opt. Lett. (2)

Proc. Natl. Acad. Sci. USA (3)

G. Shtengel, J. A. Galbraith, C. G. Galbraith, J. Lippincott-Schwartz, J. M. Gillette, S. Manley, R. Sougrat, C. M. Waterman, P. Kanchanawong, M. W. Davidson, R. D. Fetter, and H. F. Hess, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106, 3125 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

J. Tang, J. Akerboom, A. Vaziri, L. L. Looger, and C. V. Shank, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 10068 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

P. Prabhat, Z. Gan, J. Chao, S. Ram, C. Vaccaro, S. Gibbons, R. J. Ober, and E. S. Ward, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 5889 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Science (1)

B. Huang, W. Wang, M. Bates, and X. Zhuang, Science 319, 810 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (4)

Fig. 1
Fig. 1

(a) Images of the corkscrew PSF collected from a fluorescent bead at various z positions. Scale bars are 1 μm . (b) 3D isosurface rendering of the corkscrew PSF, where the z positions of the blue planes correspond to the cross sections in (a). (c) Angle (extracted from pairs of images) versus z calibration curve measured at discrete z positions. The corkscrew PSF smoothly rotates 330 degrees over a 3.2 μm depth of field.

Fig. 2
Fig. 2

GL modal composition ( m , n ) of the corkscrew PSF in normalized units. Inset shows the corkscrew PSF phase mask in radians.

Fig. 3
Fig. 3

Limit of localization precision (square root of the CRB) attainable by the corkscrew PSF in x (red dashed curve), y (blue dotted curve), and z (black solid curve) for 1000 detected photons and no extra noise. Note the relatively uniform localization precision over the center 2 μm depth of field.

Fig. 4
Fig. 4

(a) Composite image of fluorescent beads on a triangular PDMS grating using the original (red) and rotated (cyan) versions of the corkscrew PSF. The height variations of the grating are clearly visible from the various orientations of the PSF. Inset shows a corresponding white-light image of the grating. The flat tops and large height of the grating, combined with tilted illumination, produce shadows in the image. Axis arrows are 3 μm . (b) Locations of beads (red circles, diameter = 0.2 μm ) over multiple periods of the grating, projected onto the y z plane. Gray line is a model of the grating ( 3.0 μm periodicity, 1.8 μm height). Note the good agreement between bead locations and the grating model. Axis arrows are 1 μm . (c) Bead locations from multiple periods of the grating combined together, showing the translational symmetry of the measurement. Axis arrows are 1 μm .

Metrics