원격 현미경 지침: 성공적인 실험실 설정을 위한 6가지 팁

Takeo Ogama

2020년 9월 28일

사회적 거리두기를 실천하기 위해 더 많은 실험실 직원들이 재택근무를 함에 따라 직원들은 원격 작업 IT 플랫폼을 사용하여 소통하고 생산성을 유지하고 있습니다. 하지만 과학자들과 실험실 직원들의 이러한 작업 방식 변경은 실험실이 원격 플랫폼을 충분히 활용하기 위한 방법에 적응해야 하는 것을 의미합니다. 어디서부터 시작해야 할지 모를 경우 이 블로그가 도움이 될 수 있습니다.

다음은 원격 현미경 관찰을 성공적으로 수행하는 데 도움이 될 6가지 요령입니다.

1. 실험실에서 사용 가능한 IT 플랫폼을 결정합니다.

원격 작업 기능은 실험실의 IT 인프라에 크게 좌우됩니다.

원격 현미경에 대한 계획을 수립하려면, 사용할 수 있는 웹 회의 도구나 소프트웨어를 먼저 확인하고 연구소에 네트워크 제한 및 기타 IT 인프라 고려 사항이 있는지도 확인해야 합니다.

또한 소프트웨어에서 예상치 못한 중단이 있을지 여부를 확인합니다. 예를 들어, Windows 업데이트가 밤사이에 실행되어 재실행을 요구하고 원격 작동에 영향을 미칠 수 있습니다. 현지 IT 정책에 따라야 하지만 업데이트를 끄면 이 문제를 예방할 수 있습니다.

2. 현재 원격 기능을 식별하여 현미경 관찰을 설계합니다.

다음 단계는 원격으로 할 수 있는 것과 현장에서 수행해야 하는 것을 식별하여 원격 관찰을 계획하고 설계합니다.

이것은 현미경 및 실험에 좌우될 수 있습니다. 완전 전동식 현미경을 사용할 경우 관찰을 설정한 후 대체로 안심하고 나올 수 있지만 그럼에도 일반 지침으로 다음 사항을 염두에 두십시오.

현장에서 해야 하는 일: 샘플 설정과 초점 조정, 칼라 보정, 필요 시 오일 공급 및 원격 환경 설정
원격으로 할 수 있는 일: 대략적인 초점 설정 후 작동, 관찰을 위한 미세 조정 및 이미지 분석 또는 공유

시스템이 원격 모니터링이나 작동을 수행할 수 없더라도 공급업체가 제안하는 옵션을 고려해볼 만합니다.

예를 들어, 대부분의 전문 현미경은 모듈식으로 설계되어 있으며 전동식 시스템으로 업그레이드될 수 있습니다. 또한, 현재는 원격 모니터링, 이미지 공유 또는 현미경 작업을 위한 현미경 전용 도구 및 일반 웹 회의 플랫폼이 많이 있습니다.

일반적으로 원격 관찰 시 오일은 사용하지 않는 것이 좋습니다. 원격 작업이 곤란해질 수 있기 때문입니다. 오일은 원격으로 사용할 수 없고 이미지 품질 문제를 야기할 수 있으며 너무 많이 사용하거나 사용 후 적절히 세척하지 않으면 광학 부품을 손상시킬 수도 있습니다. 하지만 오일을 자동으로 분배하는 연구 슬라이드 스캐너 사용은 예외입니다. 오일 사용에 익숙한 사람의 경우 사전 오일 사용(실험 시작 전에 오일을 치는 것)을 고려할 수 있습니다.

원격 현미경 지침

그림 1. 현장에서 수행해야 하는 원격 현미경 작업에 대한 일반 지침. 현미경 구성에 따라 조명 상태를 원격으로 조절할 수 있습니다.

3. 동초점을 조정합니다.

대물렌즈를 회전시킨 후 미세 초점을 아주 쉽고 빠르게 조정할 수 있기 때문에 접안 렌즈를 통해 관찰 시 동초점 조정의 중요성을 거의 깨닫지 못합니다. 하지만 원격 현미경 사용 시 다른 배율 간 동초점은 원활한 관찰에 매우 중요한 구성 요소가 됩니다.

완벽한 동초점 설정의 경우 배율 변경 시 초점을 재조정할 필요가 없습니다. 카메라를 사용한 동초점 조정에 대한 빠른 절차 가이드를 참조하십시오. 가이드에 명시된 바와 같이, 카메라의 동초점을 조정하기 전에 접안렌즈를 통해 동초점을 조정하는 것이 중요합니다.

4. 스테이지 평탄도를 확인합니다.

스테이지 평탄도는 원격으로 고정될 수 없으며 간과될 경우 샘플에 대한 초점 상실을 야기할 수 있습니다. 다행스러운 점은 스테이지 평탄도 확인이 쉽다는 것입니다. 실험실에 있을 때 스테이지를 초점 심도(나중에 설명됨)가 얕은 고배율의 XY 방향으로 이동시키면 됩니다.

스테이지 평탄도가 고정되지 않으면 초점면이 샘플 Z 평면 가까이 이동하여 결국 XY 이동 시 샘플에 대한 초점을 상실할 수 있습니다. 일부 타사 스테이지 인서트에 조정 레벨러 나사가 있는 반면, Olympus 인서트는 조정 없이 평탄한 스테이지를 제공하도록 설계되어 있습니다.

5. 현미경의 원격 초점 조정을 위한 모범 사례에 따릅니다.

초점 조정은 가장 힘든 원격 작업 중 하나이며 설상가상으로 대물렌즈와 샘플이 부딪쳐 샘플이나 광학 부품이 손상될 경우 돌이킬 수 없습니다. 도립 현미경의 샘플 홀더에서 샘플이 떨어지는 최선의 시나리오의 경우 이 문제를 원격으로 해결할 수 없습니다.

그러면 이러한 문제를 어떻게 방지할 수 있을까요? 다음은 원격 초점 조정을 위한 5가지 일반 지침 사항입니다.

신중한 모니터링: 이것은 말은 쉽지만 실제 행하기는 어렵습니다. 라이브 이미지의 프레임률과 실제 Z 이동으로부터의 지연이 중대한 병목 현상에 해당합니다. 하지만 이들을 개선할 수 있는 몇 가지 방법이 있습니다. 먼저 이미지 획득 설정의 저장 또는 하위 샘플링이 프레임률을 향상시키는 일반적 방법입니다. 사용하는 웹 회의 도구로 인해 프레임률 및 지연이 제한될 수도 있습니다. 일부 웹 회의 도구에는 이미지 품질 및 속도를 조정하기 위한 설정 메뉴가 포함되어 있습니다. 특히 초점면 검색 시 속도를 우선시하는 것이 좋습니다.
넓은 피사계 심도로 단계별 접근법 사용: 이 방법은 모든 이미지가 피사계 심도 밖에 있어 아무 것도 볼 수 없는 상황을 피할 수 있도록 해줍니다. 이미지의 초점이 심하게 흐려지면 초점을 높여야 할지 낮추어야 할지 판단이 불가능할 수 있습니다. 이 때문에 피사계 심도 밖의 표적에 대한 초점 상실을 피해야 합니다. 피사계 심도는 개구수(NA)로 결정됩니다. 개구수가 높은 대물렌즈는 피사계 심도가 얕습니다. 따라서, 낮은 개구수에서 시작하여 높은 개구수까지, 일반적으로 저배율에서 고배율까지 초점을 조정하는 것이 좋습니다. 컨포칼 현미경 사용 시 “피사계의 더 깊은 심도”의 유사한 비유가 도움이 될 수 있습니다. 작은 컨포칼 개구는 얕은 피사계 심도를 초래하기 때문에 샘플을 찾을 수 없거나 샘플이 너무 어두운 경우 넓은 개구를 사용하여 표적에 대한 초점을 식별해야 합니다. 정밀 초점 조정 후 이미지 획득을 위한 적절한 컨포칼 상태 및 레이저 파워를 설정합니다.
그림 2. (좌측) 저배율 대물렌즈는 일반적으로 개구부가 낮고 피사계 심도가 넓기 때문에 더 넓은 Z 범위를 볼 수 있습니다. (우측) 개구수가 높은 고배율 대물렌즈는 피사계 심도가 얕습니다. 이 경우 초점이 맞춰진 샘플만 볼 수 있으며 초점이 상실될 위험이 있습니다.
멀리서 접근: 위에서 언급한 바와 같이, 샘플 충돌은 항상 피해야 할 최악의 시나리오이므로 멀리서 신중하게 접근하는 것이 중요합니다. 도립 현미경을 사용하는 경우 밑면에서 접근합니다. 정립 현미경의 경우 윗면에서 접근합니다. XY를 대폭 이동하는 경우 스테이지를 이동하기 전에 대물렌즈를 이동을 생각해 볼 수 있습니다.
그림 3. 도립 현미경의 경우 밑면에서 샘플 접근(좌측), 정립 현미경의 경우 윗면에서 샘플 접근(우측).
샘플의 3D 모양을 상상: 다른 XY 위치에서 같은 Z 평면에 샘플이 존재하지 않을 경우 너무 멀리 이동하면 샘플에 대한 초점을 상실할 수 있습니다. 위에서 언급한 바와 같이, 이는 샘플 자체나 스테이지 평탄도에 의해 야기될 수 있습니다. 피사계 심도가 얕고 개구부가 높은 대물렌즈 사용 시 동시 초점 조정 없이 너무 멀리 이동하지 않고 XY를 약간 이동하며 Z를 신중하게 조정하는 것이 낫습니다. 초점 상실 시 되도록 넓은 피사계 심도 설정으로 전환합니다. 타일 이미지를 형성하는 경우 초점 지도가 초점 높이 정보 설정에 도움이 될 수 있습니다.
그림 4. 샘플이 같은 Z 평면에 존재하지 않을 경우 너무 멀리 이동하면 초점을 상실합니다(a). 그러한 경우 초점을 재조정하거나(b) 다른 대물렌즈를 사용해야 합니다.
초점 한계를 명심: 샘플과 장비를 보호하기 위해 초점 한계를 적용할 수 있습니다. 익숙지 않은 사람의 경우 초점 한계 기능은 Z의 이동 가능 범위를 제한합니다. 일반적으로 초점 한계를 변경할 필요가 없습니다. 하지만 누군가 설정을 변경한 경우 또는 바닥이 높은 용기 같이 특히 두꺼운 샘플을 사용하는 경우 초점 한계 기능은 관찰을 위해 샘플에 가까이 접근하는 것을 막을 수 있습니다. 대물렌즈와 샘플 간의 물리적 거리를 관찰해야 하기 때문에 초점 한계는 현장에서만 설정될 수 있습니다.

비록 여기서 원격 초점 조정을 위한 팁을 설명하였지만 또 하나의 좋은 방법은 초점 조정을 자동화하는 것입니다. 초점 조정 자동화에 대한 자세한 내용은 다음 블로그 게시물을 참조합니다. 실험실에서 더 빠르게 더 긴 라이브 셀 이미징을 달성하기 위한 4가지 팁.

6. 지도를 사용하여 XY 위치를 식별합니다.

원격 관찰의 또 하나의 문제는 관찰 감각을 상실할 수 있다는 점입니다. 이것은 제한된 프레임률, 라이브 이미지의 지연, 제한된 FOV 및 현미경 스테이지에서의 직접적인 가시성 부족이 혼합되어 야기됩니다.

이 경우 지도를 사용하는 것이 유용한 해결책입니다. 전동식 스테이지의 구성으로 저배율의 지도를 쉽게 만들 수 있습니다. 관찰하고 있는 곳을 즉시, 지속적으로 확인할 수 있을 뿐 아니라 지도에서 위치를 클릭만 하면 원하는 곳으로 바로 이동할 수 있기 때문에 지도를 만드는 데 약간 더 시간을 보내는 것이 좋습니다.