Abstract

Current microscopy demands the visualization of large three-dimensional samples with increased sensitivity, higher resolution, and faster speed. Several imaging techniques based on widefield, point-scanning, and light-sheet strategies have been designed to tackle some of these demands. Although successful, all these require the illuminated volumes to be tightly coupled with the detection optics to accomplish efficient optical sectioning. Here, we break this paradigm and produce optical sections from out-of-focus planes. This is done by extending the depth of field of the detection optics in a light-sheet microscope using wavefront-coding techniques. This passive technique allows accommodation of the light sheet at any place within the extended axial range. We show that this enables quick scanning of the light sheet across a volumetric sample. As a consequence, imaging speeds faster than twice the volumetric video rate (>70volumes/s) can be achieved without needing to move the sample. These capabilities are demonstrated for volumetric imaging of fast dynamics in vivo as well as for fast, three-dimensional particle tracking.

© 2015 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article
OSA Recommended Articles
Imaging subcellular dynamics with fast and light-efficient volumetrically parallelized microscopy

Kevin M. Dean, Philippe Roudot, Erik S. Welf, Theresa Pohlkamp, Gerard Garrelts, Joachim Herz, and Reto Fiolka
Optica 4(2) 263-271 (2017)

Calcium imaging of neural circuits with extended depth-of-field light-sheet microscopy

Sean Quirin, Nikita Vladimirov, Chao-Tsung Yang, Darcy S. Peterka, Rafael Yuste, and Misha B. Ahrens
Opt. Lett. 41(5) 855-858 (2016)

Light-sheet microscopy: a tutorial

Omar E. Olarte, Jordi Andilla, Emilio J. Gualda, and Pablo Loza-Alvarez
Adv. Opt. Photon. 10(1) 111-179 (2018)

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. J. B. Pawley, ed., Handbook of Biological Confocal Microscopy (Springer, 2006).
  2. L. N. Vandenberg, C. Stevenson, and M. Levin, PloS One 7, e51473 (2012).
    [Crossref]
  3. J. Huisken, J. Swoger, F. Del Bene, J. Wittbrodt, and E. H. K. Stelzer, Science 305, 1007 (2004).
    [Crossref]
  4. M. B. Bouchard, V. Voleti, C. S. Mendes, C. Lacefield, W. B. Grueber, R. S. Mann, R. M. Bruno, and E. M. C. Hillman, Nat. Photonics 9, 113 (2015).
    [Crossref]
  5. T. F. Holekamp, D. Turaga, and T. E. Holy, Neuron 57, 661 (2008).
    [Crossref]
  6. Y. Wu, A. Ghitani, R. Christensen, A. Santella, Z. Du, G. Rondeau, Z. Bao, D. Colón-Ramos, and H. Shroff, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 17708 (2011).
    [Crossref]
  7. F. O. Fahrbach, F. F. Voigt, B. Schmid, F. Helmchen, and J. Huisken, Opt. Express 21, 21010 (2013).
    [Crossref]
  8. J. Dowski and W. T. Cathey, Appl. Opt. 34, 1859 (1995).
    [Crossref]
  9. O. E. Olarte, J. Licea-Rodriguez, J. A. Palero, E. J. Gualda, D. Artigas, J. Mayer, J. Swoger, J. Sharpe, I. Rocha-Mendoza, R. Rangel-Rojo, and P. Loza-Alvarez, Biomed. Opt. Express 3, 1492 (2012).
    [Crossref]
  10. B. Rieger, H. R. C. Dietrich, L. R. Van Den Doel, and L. J. Van Vliet, Microsc. Res. Tech. 65, 218 (2004).
    [Crossref]
  11. J. Chen and E. P. Caswell-Chen, Nematology 5, 641 (2003).
  12. J. Vermot, S. E. Fraser, and M. Liebling, Human Front. Sci. Prog. J. 2, 143 (2008).
    [Crossref]
  13. T. Vettenburg, N. Bustin, and A. R. Harvey, Opt. Express 18, 9220 (2010).
    [Crossref]
  14. T. Vettenburg, H. I. C. Dalgarno, J. Nylk, C. Coll-Lladó, D. E. K. Ferrier, T. Čižmár, F. J. Gunn-Moore, and K. Dholakia, Nat. Methods 11, 541 (2014).
    [Crossref]
  15. B. Judkewitz and C. Yang, Opt. Express 22, 11001 (2014).
    [Crossref]
  16. B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
    [Crossref]
  17. C. Skupsch and C. Brücker, Opt. Express 21, 1726 (2013).
    [Crossref]
  18. A. B. Arrenberg, D. Y. R. Stainier, H. Baier, and J. Huisken, Science 330, 971 (2010).
    [Crossref]
  19. S. Quirin, D. S. Peterka, and R. Yuste, Opt. Express 21, 16007 (2013).
    [Crossref]

2015 (1)

M. B. Bouchard, V. Voleti, C. S. Mendes, C. Lacefield, W. B. Grueber, R. S. Mann, R. M. Bruno, and E. M. C. Hillman, Nat. Photonics 9, 113 (2015).
[Crossref]

2014 (3)

T. Vettenburg, H. I. C. Dalgarno, J. Nylk, C. Coll-Lladó, D. E. K. Ferrier, T. Čižmár, F. J. Gunn-Moore, and K. Dholakia, Nat. Methods 11, 541 (2014).
[Crossref]

B. Judkewitz and C. Yang, Opt. Express 22, 11001 (2014).
[Crossref]

B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
[Crossref]

2013 (3)

2012 (2)

2011 (1)

Y. Wu, A. Ghitani, R. Christensen, A. Santella, Z. Du, G. Rondeau, Z. Bao, D. Colón-Ramos, and H. Shroff, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 17708 (2011).
[Crossref]

2010 (2)

T. Vettenburg, N. Bustin, and A. R. Harvey, Opt. Express 18, 9220 (2010).
[Crossref]

A. B. Arrenberg, D. Y. R. Stainier, H. Baier, and J. Huisken, Science 330, 971 (2010).
[Crossref]

2008 (2)

J. Vermot, S. E. Fraser, and M. Liebling, Human Front. Sci. Prog. J. 2, 143 (2008).
[Crossref]

T. F. Holekamp, D. Turaga, and T. E. Holy, Neuron 57, 661 (2008).
[Crossref]

2004 (2)

J. Huisken, J. Swoger, F. Del Bene, J. Wittbrodt, and E. H. K. Stelzer, Science 305, 1007 (2004).
[Crossref]

B. Rieger, H. R. C. Dietrich, L. R. Van Den Doel, and L. J. Van Vliet, Microsc. Res. Tech. 65, 218 (2004).
[Crossref]

2003 (1)

J. Chen and E. P. Caswell-Chen, Nematology 5, 641 (2003).

1995 (1)

Arrenberg, A. B.

A. B. Arrenberg, D. Y. R. Stainier, H. Baier, and J. Huisken, Science 330, 971 (2010).
[Crossref]

Artigas, D.

Baier, H.

A. B. Arrenberg, D. Y. R. Stainier, H. Baier, and J. Huisken, Science 330, 971 (2010).
[Crossref]

Bao, Z.

Y. Wu, A. Ghitani, R. Christensen, A. Santella, Z. Du, G. Rondeau, Z. Bao, D. Colón-Ramos, and H. Shroff, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 17708 (2011).
[Crossref]

Bembenek, J. N.

B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
[Crossref]

Betzig, E.

B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
[Crossref]

Boehme, R.

B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
[Crossref]

Bouchard, M. B.

M. B. Bouchard, V. Voleti, C. S. Mendes, C. Lacefield, W. B. Grueber, R. S. Mann, R. M. Bruno, and E. M. C. Hillman, Nat. Photonics 9, 113 (2015).
[Crossref]

Brücker, C.

Bruno, R. M.

M. B. Bouchard, V. Voleti, C. S. Mendes, C. Lacefield, W. B. Grueber, R. S. Mann, R. M. Bruno, and E. M. C. Hillman, Nat. Photonics 9, 113 (2015).
[Crossref]

Bustin, N.

Caswell-Chen, E. P.

J. Chen and E. P. Caswell-Chen, Nematology 5, 641 (2003).

Cathey, W. T.

Chen, B.-C.

B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
[Crossref]

Chen, J.

J. Chen and E. P. Caswell-Chen, Nematology 5, 641 (2003).

Christensen, R.

Y. Wu, A. Ghitani, R. Christensen, A. Santella, Z. Du, G. Rondeau, Z. Bao, D. Colón-Ramos, and H. Shroff, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 17708 (2011).
[Crossref]

Cižmár, T.

T. Vettenburg, H. I. C. Dalgarno, J. Nylk, C. Coll-Lladó, D. E. K. Ferrier, T. Čižmár, F. J. Gunn-Moore, and K. Dholakia, Nat. Methods 11, 541 (2014).
[Crossref]

Coll-Lladó, C.

T. Vettenburg, H. I. C. Dalgarno, J. Nylk, C. Coll-Lladó, D. E. K. Ferrier, T. Čižmár, F. J. Gunn-Moore, and K. Dholakia, Nat. Methods 11, 541 (2014).
[Crossref]

Colón-Ramos, D.

Y. Wu, A. Ghitani, R. Christensen, A. Santella, Z. Du, G. Rondeau, Z. Bao, D. Colón-Ramos, and H. Shroff, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 17708 (2011).
[Crossref]

Dalgarno, H. I. C.

T. Vettenburg, H. I. C. Dalgarno, J. Nylk, C. Coll-Lladó, D. E. K. Ferrier, T. Čižmár, F. J. Gunn-Moore, and K. Dholakia, Nat. Methods 11, 541 (2014).
[Crossref]

Davidson, M. W.

B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
[Crossref]

Del Bene, F.

J. Huisken, J. Swoger, F. Del Bene, J. Wittbrodt, and E. H. K. Stelzer, Science 305, 1007 (2004).
[Crossref]

Dholakia, K.

T. Vettenburg, H. I. C. Dalgarno, J. Nylk, C. Coll-Lladó, D. E. K. Ferrier, T. Čižmár, F. J. Gunn-Moore, and K. Dholakia, Nat. Methods 11, 541 (2014).
[Crossref]

Dietrich, H. R. C.

B. Rieger, H. R. C. Dietrich, L. R. Van Den Doel, and L. J. Van Vliet, Microsc. Res. Tech. 65, 218 (2004).
[Crossref]

Dowski, J.

Du, Z.

Y. Wu, A. Ghitani, R. Christensen, A. Santella, Z. Du, G. Rondeau, Z. Bao, D. Colón-Ramos, and H. Shroff, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 17708 (2011).
[Crossref]

English, B. P.

B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
[Crossref]

Fahrbach, F. O.

Ferrier, D. E. K.

T. Vettenburg, H. I. C. Dalgarno, J. Nylk, C. Coll-Lladó, D. E. K. Ferrier, T. Čižmár, F. J. Gunn-Moore, and K. Dholakia, Nat. Methods 11, 541 (2014).
[Crossref]

Fraser, S. E.

J. Vermot, S. E. Fraser, and M. Liebling, Human Front. Sci. Prog. J. 2, 143 (2008).
[Crossref]

Fritz-Laylin, L.

B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
[Crossref]

Ghitani, A.

Y. Wu, A. Ghitani, R. Christensen, A. Santella, Z. Du, G. Rondeau, Z. Bao, D. Colón-Ramos, and H. Shroff, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 17708 (2011).
[Crossref]

Grill, S. W.

B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
[Crossref]

Grueber, W. B.

M. B. Bouchard, V. Voleti, C. S. Mendes, C. Lacefield, W. B. Grueber, R. S. Mann, R. M. Bruno, and E. M. C. Hillman, Nat. Photonics 9, 113 (2015).
[Crossref]

Gualda, E. J.

Gunn-Moore, F. J.

T. Vettenburg, H. I. C. Dalgarno, J. Nylk, C. Coll-Lladó, D. E. K. Ferrier, T. Čižmár, F. J. Gunn-Moore, and K. Dholakia, Nat. Methods 11, 541 (2014).
[Crossref]

Hammer, J. A.

B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
[Crossref]

Harvey, A. R.

Helmchen, F.

Hillman, E. M. C.

M. B. Bouchard, V. Voleti, C. S. Mendes, C. Lacefield, W. B. Grueber, R. S. Mann, R. M. Bruno, and E. M. C. Hillman, Nat. Photonics 9, 113 (2015).
[Crossref]

Holekamp, T. F.

T. F. Holekamp, D. Turaga, and T. E. Holy, Neuron 57, 661 (2008).
[Crossref]

Holy, T. E.

T. F. Holekamp, D. Turaga, and T. E. Holy, Neuron 57, 661 (2008).
[Crossref]

Huisken, J.

F. O. Fahrbach, F. F. Voigt, B. Schmid, F. Helmchen, and J. Huisken, Opt. Express 21, 21010 (2013).
[Crossref]

A. B. Arrenberg, D. Y. R. Stainier, H. Baier, and J. Huisken, Science 330, 971 (2010).
[Crossref]

J. Huisken, J. Swoger, F. Del Bene, J. Wittbrodt, and E. H. K. Stelzer, Science 305, 1007 (2004).
[Crossref]

Janetopoulos, C.

B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
[Crossref]

Judkewitz, B.

Kiehart, D. P.

B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
[Crossref]

Lacefield, C.

M. B. Bouchard, V. Voleti, C. S. Mendes, C. Lacefield, W. B. Grueber, R. S. Mann, R. M. Bruno, and E. M. C. Hillman, Nat. Photonics 9, 113 (2015).
[Crossref]

Legant, W. R.

B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
[Crossref]

Levin, M.

L. N. Vandenberg, C. Stevenson, and M. Levin, PloS One 7, e51473 (2012).
[Crossref]

Licea-Rodriguez, J.

Liebling, M.

J. Vermot, S. E. Fraser, and M. Liebling, Human Front. Sci. Prog. J. 2, 143 (2008).
[Crossref]

Lippincott-Schwartz, J.

B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
[Crossref]

Liu, Z.

B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
[Crossref]

Loza-Alvarez, P.

Mann, R. S.

M. B. Bouchard, V. Voleti, C. S. Mendes, C. Lacefield, W. B. Grueber, R. S. Mann, R. M. Bruno, and E. M. C. Hillman, Nat. Photonics 9, 113 (2015).
[Crossref]

Mayer, J.

Mendes, C. S.

M. B. Bouchard, V. Voleti, C. S. Mendes, C. Lacefield, W. B. Grueber, R. S. Mann, R. M. Bruno, and E. M. C. Hillman, Nat. Photonics 9, 113 (2015).
[Crossref]

Milkie, D. E.

B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
[Crossref]

Mimori-Kiyosue, Y.

B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
[Crossref]

Mitchell, D. M.

B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
[Crossref]

Mullins, R. D.

B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
[Crossref]

Nylk, J.

T. Vettenburg, H. I. C. Dalgarno, J. Nylk, C. Coll-Lladó, D. E. K. Ferrier, T. Čižmár, F. J. Gunn-Moore, and K. Dholakia, Nat. Methods 11, 541 (2014).
[Crossref]

Olarte, O. E.

Palero, J. A.

Peterka, D. S.

Quirin, S.

Rangel-Rojo, R.

Reymann, A.-C.

B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
[Crossref]

Rieger, B.

B. Rieger, H. R. C. Dietrich, L. R. Van Den Doel, and L. J. Van Vliet, Microsc. Res. Tech. 65, 218 (2004).
[Crossref]

Ritter, A. T.

B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
[Crossref]

Rocha-Mendoza, I.

Romero, D. P.

B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
[Crossref]

Rondeau, G.

Y. Wu, A. Ghitani, R. Christensen, A. Santella, Z. Du, G. Rondeau, Z. Bao, D. Colón-Ramos, and H. Shroff, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 17708 (2011).
[Crossref]

Santella, A.

Y. Wu, A. Ghitani, R. Christensen, A. Santella, Z. Du, G. Rondeau, Z. Bao, D. Colón-Ramos, and H. Shroff, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 17708 (2011).
[Crossref]

Schmid, B.

Seydoux, G.

B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
[Crossref]

Shao, L.

B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
[Crossref]

Sharpe, J.

Shroff, H.

Y. Wu, A. Ghitani, R. Christensen, A. Santella, Z. Du, G. Rondeau, Z. Bao, D. Colón-Ramos, and H. Shroff, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 17708 (2011).
[Crossref]

Skupsch, C.

Stainier, D. Y. R.

A. B. Arrenberg, D. Y. R. Stainier, H. Baier, and J. Huisken, Science 330, 971 (2010).
[Crossref]

Stelzer, E. H. K.

J. Huisken, J. Swoger, F. Del Bene, J. Wittbrodt, and E. H. K. Stelzer, Science 305, 1007 (2004).
[Crossref]

Stevenson, C.

L. N. Vandenberg, C. Stevenson, and M. Levin, PloS One 7, e51473 (2012).
[Crossref]

Swoger, J.

Tulu, U. S.

B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
[Crossref]

Turaga, D.

T. F. Holekamp, D. Turaga, and T. E. Holy, Neuron 57, 661 (2008).
[Crossref]

Van Den Doel, L. R.

B. Rieger, H. R. C. Dietrich, L. R. Van Den Doel, and L. J. Van Vliet, Microsc. Res. Tech. 65, 218 (2004).
[Crossref]

Van Vliet, L. J.

B. Rieger, H. R. C. Dietrich, L. R. Van Den Doel, and L. J. Van Vliet, Microsc. Res. Tech. 65, 218 (2004).
[Crossref]

Vandenberg, L. N.

L. N. Vandenberg, C. Stevenson, and M. Levin, PloS One 7, e51473 (2012).
[Crossref]

Vermot, J.

J. Vermot, S. E. Fraser, and M. Liebling, Human Front. Sci. Prog. J. 2, 143 (2008).
[Crossref]

Vettenburg, T.

T. Vettenburg, H. I. C. Dalgarno, J. Nylk, C. Coll-Lladó, D. E. K. Ferrier, T. Čižmár, F. J. Gunn-Moore, and K. Dholakia, Nat. Methods 11, 541 (2014).
[Crossref]

T. Vettenburg, N. Bustin, and A. R. Harvey, Opt. Express 18, 9220 (2010).
[Crossref]

Voigt, F. F.

Voleti, V.

M. B. Bouchard, V. Voleti, C. S. Mendes, C. Lacefield, W. B. Grueber, R. S. Mann, R. M. Bruno, and E. M. C. Hillman, Nat. Photonics 9, 113 (2015).
[Crossref]

Wang, J. T.

B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
[Crossref]

Wang, K.

B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
[Crossref]

Wittbrodt, J.

J. Huisken, J. Swoger, F. Del Bene, J. Wittbrodt, and E. H. K. Stelzer, Science 305, 1007 (2004).
[Crossref]

Wu, X. S.

B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
[Crossref]

Wu, Y.

Y. Wu, A. Ghitani, R. Christensen, A. Santella, Z. Du, G. Rondeau, Z. Bao, D. Colón-Ramos, and H. Shroff, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 17708 (2011).
[Crossref]

Yang, C.

Yuste, R.

Appl. Opt. (1)

Biomed. Opt. Express (1)

Human Front. Sci. Prog. J. (1)

J. Vermot, S. E. Fraser, and M. Liebling, Human Front. Sci. Prog. J. 2, 143 (2008).
[Crossref]

Microsc. Res. Tech. (1)

B. Rieger, H. R. C. Dietrich, L. R. Van Den Doel, and L. J. Van Vliet, Microsc. Res. Tech. 65, 218 (2004).
[Crossref]

Nat. Methods (1)

T. Vettenburg, H. I. C. Dalgarno, J. Nylk, C. Coll-Lladó, D. E. K. Ferrier, T. Čižmár, F. J. Gunn-Moore, and K. Dholakia, Nat. Methods 11, 541 (2014).
[Crossref]

Nat. Photonics (1)

M. B. Bouchard, V. Voleti, C. S. Mendes, C. Lacefield, W. B. Grueber, R. S. Mann, R. M. Bruno, and E. M. C. Hillman, Nat. Photonics 9, 113 (2015).
[Crossref]

Nematology (1)

J. Chen and E. P. Caswell-Chen, Nematology 5, 641 (2003).

Neuron (1)

T. F. Holekamp, D. Turaga, and T. E. Holy, Neuron 57, 661 (2008).
[Crossref]

Opt. Express (5)

PloS One (1)

L. N. Vandenberg, C. Stevenson, and M. Levin, PloS One 7, e51473 (2012).
[Crossref]

Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1)

Y. Wu, A. Ghitani, R. Christensen, A. Santella, Z. Du, G. Rondeau, Z. Bao, D. Colón-Ramos, and H. Shroff, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 17708 (2011).
[Crossref]

Science (3)

J. Huisken, J. Swoger, F. Del Bene, J. Wittbrodt, and E. H. K. Stelzer, Science 305, 1007 (2004).
[Crossref]

B.-C. Chen, W. R. Legant, K. Wang, L. Shao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, C. Janetopoulos, X. S. Wu, J. A. Hammer, Z. Liu, B. P. English, Y. Mimori-Kiyosue, D. P. Romero, A. T. Ritter, J. Lippincott-Schwartz, L. Fritz-Laylin, R. D. Mullins, D. M. Mitchell, J. N. Bembenek, A.-C. Reymann, R. Boehme, S. W. Grill, J. T. Wang, G. Seydoux, U. S. Tulu, D. P. Kiehart, and E. Betzig, Science 346, 1257998 (2014).
[Crossref]

A. B. Arrenberg, D. Y. R. Stainier, H. Baier, and J. Huisken, Science 330, 971 (2010).
[Crossref]

Other (1)

J. B. Pawley, ed., Handbook of Biological Confocal Microscopy (Springer, 2006).

Supplementary Material (6)

NameDescription
» Supplement 1: PDF (1584 KB)      Supplemental Document
» Visualization 1: MP4 (534 KB)      Fast single particle tracking using DID-LSFM.
» Visualization 2: MP4 (222 KB)      In vivo fast volumetric imaging using DID-LSFM, projections.
» Visualization 3: MP4 (302 KB)      In vivo fast volumetric imaging using DID-LSFM, Rendering.
» Visualization 4: MP4 (142 KB)      In vivo fast volumetric imaging using DID-LSFM, volumetric videorate.
» Visualization 5: MP4 (1431 KB)      DID-LSFM for in vivo fast particle tracking.

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 (3)

Fig. 1.
Fig. 1. DID–LSFM concept. (a) Schematic of the LSFM incorporating a WFC mask. Inset shows the shape of a cubic phase mask at the exit pupil of the collection objective. (b) Illustration of the DID principle where the light sheet can be scanned across the extended DOF. (c) Top panel shows the PSF of a standard LSFM and the light sheet at three different positions. The lower panel shows the effective PSF. (d) Same as in (c) for the proposed DID-LSFM system.
Fig. 2.
Fig. 2. DID–LSFM proof. (a)–(d) Maximum intensity projection ( x z view) of static fluorescent beads (1 μm). (a) Standard LSFM data for α = 0 (DM flat), in which the sample is scanned (light sheet remains static). (b) The sample is static and the light sheet is scanned. (c) DID–LSFM having a CPM with α = 40 (raw data). (d) Resulting image after deconvolution of (c). (e) Tracked trajectories of the 3D motion of microspheres (0.2 μm) freely floating in phosphate-buffered saline. Imaging was performed with the camera working at 1600 planes / s , resulting in 73 volumes / s ( > 2 × volumetric videorate). See Visualization 1. Scale bar 50 μm. Units in (e) are μm.
Fig. 3.
Fig. 3. DID–LSFM for fast in vivo imaging. Maximum intensity projections of a C. elegans expressing yellow Cameleon in the pharynx. (a) Views after deconvolution of a static worm imaged in a standard LSFM and (b) in the DID–LSFM. (c) Views of a moving worm obtained with the DID–LSFM at three different times (see Visualization 2 and Visualization 3). The camera was working at 400 Hz, 50 planes per volume resulting in 8 volumes / s . Visualization 4 shows volumetric video rate recordings of the same sample. (d) Tracked trajectories of the cell bodies of larvae moving inside of a C. elegans (endotokia matricida). Imaging was performed at 100 Hz, 10 planes per volume, resulting in 10 volumes/s. The cuticle surface of the host worm is also shown. The full dynamics of the cell bodies are shown in Visualization 5. Scale bars: (a) and (b) 20 μm, (c) 50 μm. Units in (d) are μm.

Metrics