The colored revolution of bioimaging

This paper provides an overview of the main aspects of modern fluorescence microscopy. It covers the principles of fluorescence and highlights the key discoveries in the history of fluorescence microscopy. The paper also discusses the optics of fluorescence microscopes and examines the various types of detectors. It also discusses the signal and image processing challenges in fluorescence microscopy and highlights some of the present developments and future trends in the field.     

Estudios sobre ácidos hidroxámicos

Résumé On propose un procédé de microdosage des groupements méthoxyles dans les pectines, qui repose sur la libération de ces groupements par saponification de l'hydroxylamine alcoolique dans un appareil, sur leur transformation en formiates de méthyle et sur leur distillation. Le formiate de méthyle forme ainsi l'acide formhydroxamique que l'on dose par colorimétrie à l'état de chélate avec le fer-III.On réalise l'hydrolyse de la pectine à 100° C en tube scellé. On fait réagir avec l'acide formique en excès, une partie aliquote de l'hydrolysat dans le micro-appareil de distillation déjà décrit. Le procédé convient pour 1 à 3 mg de pectine et la durée des opérations est de deux heures et demies. Sa spécificité est satisfaisante bien que le groupe éthoxyle puisse gêner. Son action est d'ailleurs peu vraisemblable, puisqu'il ne fait pas partie de la molécule de pectine. Les résultats du procédé sont en générale un peu plus bas que ceux des méthodes volumétriques servant à ce dosage. On a étudié la reproductibilité pour les esters méthyliques et l'on a mis en évidence une erreur par défaut de 2 à 4%. Les plus petites quantités de groupes méthoxyles que l'on puisse doser sont de 20g. Le procédé recommandé est une application particulière de méthodes applicables de façon générale au dosage des esters méthyliques dans les substances organiques. Ce sera l'objet d'une autre communication de cette série.

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Summary A micromethod is given for determining methoxyl groups in pectins. It is based of the liberation of these groups by saponification, conversion into methyl formate, and distillation of the latter into a receiver containing alcoholic hydroxylamine. The methyl formate reacts to give formhydroxamic acid, which is determined colorimetrically as iron(III) chelate.The hydrolysis of the pectin is conducted at 100° C in a sealed tube. An aliquot part of the hydrolysate is brought into reaction with excess formic acid in a microdistillation apparatus that was described previously. The procedure is suitable for 1 to 3 mg pectin and requires 21/2 hours for all partial operations. The specificity is satisfactory, even though ethoxyl may interfere. However, this latter is not likely to be encountered since ethoxyl has not been shown to be a constituent of the pectin molecule. The results given by the procedure are in general inferior to those of volumetric methods. The reproducibility was tested on methyl esters and showed a minus error of 2 to 4%. The smallest amount of methoxyl which can be determined in this way is 20g. The method proposed here is a special application of a method which can be applied in general to the determination of methyl esters in organic substances, which will be the subject of a later paper in this series.

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Zusammenfassung Es wird ein Mikroverfahren zur Bestimmung der Methoxylgruppen in Pektinen angegeben, das auf der Freisetzung dieser Gruppen durch Verseifung, deren Umwandlung in Methylformiat und dessen Destillation in eine Vorlage von alkoholischem Hydroxylamin beruht. Das Methylformiat bildet damit Formhydroxamsäure, die als Eisen(III)-chelat kolorimetrisch bestimmt wird.Die Hydrolyse des Pektins wird bei 100° C in einem verschlossenen Rohr ausgeführt. Einen aliquoten Teil des Hydrolysates läßt man in einem schon früher beschriebenen Mikrodestillationsapparat mit überschüssiger Ameisensäure reagieren. Das Verfahren eignet sich für 1 bis 3 mg Pektin und erfordert für alle Teiloperationen 2^1/2 Stunden. Seine Spezifität ist befriedigend, obwohl Äthoxyl stören kann. Dessen Einwirkung ist jedoch wenig wahrscheinlich, da es nicht als Bestandteil des Pektinmoleküls nachgewiesen ist. Die Ergebnisse des Verfahrens sind im allgemeinen niedriger als die Resultate volumetrischer Methoden. Die Reproduzierbarkeit wurde an Methylestern überprüftund zeigte einen Minusfehler von 2 bis 4%. Die Mindestmenge bestimmbares Methoxyl beträgt 20g. Das vorgeschlagene Verfahren ist eine spezielle Anwendung einer allgemein für die Bestimmung von Methylestern in organischen Substanzen anwendbaren Methode, die Gegenstand einer weiteren Mitteilung dieser Serie sein wird.

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Resumen Se indica una microtécnica de valoración de metoxilos en pectinas, basada en la liberación del radical metilo éster por saponificación; en su conversion en formiato de metilo y en su simultanea destilación y recepción en hidroxilamina alcalinizada. El formiato de metilo se transforma así en ácido formohidroxámico, cuya determinación fotocolorimétrica se realiza como quelato férrico.Estas operaciones requieren efectuar la hidrólisis de la pectina en tubo cerrado y a 100° C, y en tomar una alícuota del hidrolizado, que se pasa con un exceso de ácido fórmico al aparato de microdestilación, detallado en comunicaciones anteriores. El método permite operar con 1 a 3 mg de pectina y todas las operaciones insumen unas dos y media horas. La técnica presenta condiciones satisfactorias de especificidad, pudiendo interferir los radicales etoxilos, cosa poco probable, pues no son reconocidos como componente de la molécula de pectina. Los resultados obtenidos, comparados con los del método titrimétrico, son por lo general inferiores a éste y su reproducibilidad, verificada con ésteres metílicos, tiene errores por defecto de un 2 a 4%. La cantidad mínima de metoxilo valorado alcanza a 20g. La técnica que se indica, es una aplicacion particular de otra de carácter general, aplicable a la valoración de ésteres metílicos en sustancias orgánicas, que será motivo de otra futura comunicación de esta serie.

     

Fast interscale wavelet denoising of Poisson-corrupted images

We present a fast algorithm for image restoration in the presence of Poisson noise. Our approach is based on (1) the minimization of an unbiased estimate of the MSE for Poisson noise, (2) a linear parametrization of the denoising process and (3) the preservation of Poisson statistics across scales within the Haar DWT. The minimization of the MSE estimate is performed independently in each wavelet subband, but this is equivalent to a global image-domain MSE minimization, thanks to the orthogonality of Haar wavelets. This is an important difference with standard Poisson noise-removal methods, in particular those that rely on a non-linear preprocessing of the data to stabilize the variance.Our non-redundant interscale wavelet thresholding outperforms standard variance-stabilizing schemes, even when the latter are applied in a translation-invariant setting (cycle-spinning). It also achieves a quality similar to a state-of-the-art multiscale method that was specially developed for Poisson data. Considering that the computational complexity of our method is orders of magnitude lower, it is a very competitive alternative.The proposed approach is particularly promising in the context of low signal intensities and/or large data sets. This is illustrated experimentally with the denoising of low-count fluorescence micrographs of a biological sample.     

Estudios sobre acidos hidroxámicos VII. Reconocimiento específico de ésteres fórmicos,su investigación en mezclas,especialmente con otros ésteres carboxílicos

Resumen Se propone una técnica para el reconocimiento específico de microcantidades de ésteres fórmicos, basada en su transformación en ácido formohidroxámico mediante hidroxilaminolisis en medio hidro-alcohólico amoniacal. En las condiciones elegidas no son causa de error los otros ésteres carboxílicos, ni la mayor parte de las sustancias cuyos grupos funcionales reaccionan con la hidroxilamina en medio alcalino de hidróxido o carbonato de sodio o potasio. El método permite reconocer el radical formilo procedente de ésteres fórmicos en diluciones de una parte por millón, con una sensibilidad de 5g. Los ésteres fórmicos no resultan interferidos por cantidades mil a diez mil veces superiores de otros ésteres carboxílicos.

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Summary A working technique is suggested for the specific detection of micro quantities of esters of formic acid. It is based on the conversion into formhydroxamic acid esters by means of hydroxylaminolysis in aqueous-alcoholic, ammoniacal medium. Under the chosen conditions, no interference is offered by the other carboxylic acids or by most of the compounds, whose functional groups react, in alkaline medium, with hydroxylamine, i. e., in the presence of the hydroxides or carbonates of sodium or potassium. The method permits the detection of the formyl radical, obtained from formic acid esters, in dilutions of 11000 000, with the corresponding limit of identification of 5g. It was found that the identification of formic acid ester was not disturbed by 1000 to 10000 times the quantity of the other carboxylic acid esters.

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Zusammenfassung Eine Arbeitstechnik für den spezifischen Nachweis von Mikromengen von Ameisensäureestern wird vorgeschlagen. Sie beruht auf der Umwandlung in Formhydroxamsäure mittels Hydroxylaminolyse in wäßrig-alkoholischem, ammoniakalischem Medium. Unter den gewählten Bedingungen stören weder die übrigen Carbonsäureester noch die meisten derjenigen Substanzen, deren funktionelle Gruppen mit dem Hydroxylamin in alkalischem Medium, das heißt in Gegenwart der Hydroxyde oder Carbonate des Natriums oder Kaliums, reagieren. Die Methode erlaubt den Nachweis des Formylradikals, das aus Ameisensäureestern entsteht, in Verdünnungen von 11000 000, wobei die Erfassungsgrenze 5g beträgt. Es stellte sich heraus, daß der Nachweis der Ameisensäureester durch 1000-bis 10 000mal größere Mengen der übrigen Carbonsäureester nicht gestört wird.

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Résumé Les auteurs recommandent une technique de travail pour l'identification spécifique de microquantités d'esters formiques. Elle repose sur leur transformation en acide formhydroxamique par hydroxylaminolyse en milieu hydroalcoholique ammoniacal. Dans les conditions choisies, aucune perturbation n'est apportée par la présence des autres esters carboniques ni par celle de la plupart des substances dont les groupes fonctionnels réagissent sur l'hydroxylamine en milieu alcalin, c'est-à-dire en présence d'hydroxyde ou de carbonate de sodium ou de potassium. La méthode permet l'identification du radical formyle qui se forme à partir des esters formiques à des dilutions de 11000 000 avec une limite de sensibilité de 5g. Il apparaît que cette identification des esters formiques n'est pas perturbée par la présence de quantités 1000 à 10 000 fois plus grandes des autres esters carboniques.

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Presentado en la 8as Sesiones Químicas Argentinas. La Plata, V, 1956.

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Expresamos nuestro agradecimiento al Dr.Carlos Torres, de Cadya, S. A., por los ésteres facilitados para la realizatión del trabajo.     

Generalized Daubechies Wavelet Families

We present a generalization of the orthonormal Daubechies wavelets and of their related biorthogonal flavors (Cohen-Daubechies-Feauveau, 9/7). Our fundamental constraint is that the scaling functions should reproduce a predefined set of exponential polynomials. This allows one to tune the corresponding wavelet transform to a specific class of signals, thereby ensuring good approximation and sparsity properties. The main difference with the classical construction of Daubechies is that the multiresolution spaces are derived from scale-dependent generating functions. However, from an algorithmic standpoint, Mallat's fast wavelet transform algorithm can still be applied; the only adaptation consists in using scale-dependent filter banks. Finite support ensures the same computational efficiency as in the classical case. We characterize the scaling and wavelet filters, construct them and show several examples of the associated functions. We prove that these functions are square-integrable and that they converge to their classical counterparts of the corresponding order.     

A fast thresholded landweber algorithm for wavelet-regularized multidimensional deconvolution.

We present a fast variational deconvolution algorithm that minimizes a quadratic data term subject to a regularization on the l(1)-norm of the wavelet coefficients of the solution. Previously available methods have essentially consisted in alternating between a Landweber iteration and a wavelet-domain soft-thresholding operation. While having the advantage of simplicity, they are known to converge slowly. By expressing the cost functional in a Shannon wavelet basis, we are able to decompose the problem into a series of subband-dependent minimizations. In particular, this allows for larger (subband-dependent) step sizes and threshold levels than the previous method. This improves the convergence properties of the algorithm significantly. We demonstrate a speed-up of one order of magnitude in practical situations. This makes wavelet-regularized deconvolution more widely accessible, even for applications with a strong limitation on computational complexity. We present promising results in 3-D deconvolution microscopy, where the size of typical data sets does not permit more than a few tens of iterations.     

Estudios sobre âcidos hydroxámicos

Summary The detection of hydroxylamin as ferric hydroxamate has been described in a preceding article. Its small-scale performance as spot test and in a small. test tube is described. The limit of identification is 0.1g hydroxylamine and the limiting concentration is 150000.

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Zusammenfassung Der in einer früheren Arbeit beschriebene Nachweis von Hydroxylamin als Eisen(III)hydroxamat kann auch als Tüpfelreaktion oder in einer Mikreprouvette ausgeführt werden. Die Erfassungsgrenze beträgt 0,1 g Hydroxylamin, die Grenzkonzentration 150000.

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Résumé La recherche de l'hydroxylamine en hydroxamate de fer-III décrite dans un travail antérieur peut être effectuée aussi sous forme d'analyse à la touche ou en micro-éprouvette. La sensibilité absolue atteint 0,1 g d'hydroxylamine et la limite de dilution 150000.