用新技术改造共聚焦显微镜

中国教育装备采购网2012-08-07 10:19围观1306次我要分享

  随着计算机、光学显微镜、大数值孔径复消色差物镜、高分辨率分析显示、激光源、激光功率、高敏感度探测器、声光转换电子控制和各种荧光标记物的发展,共聚焦显微镜向更精、更快、多维和无损伤性分析的方向发展。技术进步不断使共聚焦显微镜产生革新,我们重点关注三大共聚焦显微镜制造商奥林巴斯(Olympus)、尼康(Nikon)和卡尔蔡司(CarlZeiss)在这场技术革命中的所作所为。

  共聚焦显微镜是随着计算机技术和光电技术的飞跃发展,在80年代后期发展起来的。它是在荧光显微镜成像的基础上增加了激光扫描装置,利用计算机进行图像处理,使用紫外光或激光激发荧光探针,从而得到细胞或组织内部微细结构的荧光图像,观察细胞的形态变化或生理功能的改变。在医学生物学领域,共聚焦显微镜可进行活细胞的动态观察、细胞无损伤探测、免疫荧光标记和离子荧光探针的观察和研究,等等。

  和普通显微镜相比,共聚焦显微镜的优点是有目共睹的,用它可以扫描3-D图像,并且有更高分辨率,可以产生质量更好的图像,还可以控制扫描的深度。但是,因为共聚焦显微镜的高昂价格,使得很多资金不是十分宽裕的实验室,对共聚焦显微镜只能是望而却步。随着技术的进步,共聚焦显微镜的操作更加简单方便,而且价格也越来越便宜,使越来越多的实验室能够买得起,从而为科学家们提供完善的研究工作站。

  技术进步使共聚焦系统的操作简化当前的科学研究问题越来越复杂,共聚焦系统工艺研究人员一直致力于把系统做得更加容易操作。如今,研究人员不断的要求新功能和多样性,这对系统的结实性和简便性来说是一个挑战。一方面,要满足客户对产品质量和多功能性提出的更新的要求,使得现在的系统做得越来越强大;另一方面,这样做加深了系统易操作之间的矛盾。

  尽管如此,对于共聚焦系统,容易操作仍然被认为是重中之重。仪器使用者感觉到容易操作的是它的用户界面,用户界面必须简单、直观。例如,在使用尼康软件的时候,不需要把所有用到的窗口全打开。控件被隐藏在标签后面,这不但使界面更加简洁,而且有效的防止了用户的误操作,这一点对于新用户来说尤其重要。又如,卡尔蔡司开发人员认为,在设计和执行共聚焦图像系统的时候,容易使用应该作为它的一个本质属性。

  技术进步改善了共聚焦系统的性能和性价比共聚焦仪器的性能不断提高,使用者越来越多,他们都是直接参与科学研究、具有不同水平的专家,仪器制造商必须能够满足这些不同水平专家的需求。用户都期望性价比不断提高,随着技术的进步,相同性能的系统价格在不断下降。但是制造商称,系统的价格会不会降低是另外一个问题。像计算机工业一样,价格不会增加,只是价值在不断增加。因此,我们没有看到共聚焦显微镜的价格大幅度变化,但是其功能却是新增加了不少。其中最主要的是增加了许多新的成像和分析方法,例如多光谱和多光子成像、荧光相关分光显微镜和全程成像,等等。考虑到社会发展使物价不断攀升,共聚焦系统略微下降的价格确实可以说是价格在不断降低,而对科研项目资助的不断提高,使得越来越多的实验室能够买得起共聚焦显微镜。

  共聚焦显微镜

  在生命科学研发中所占的比重共聚焦显微技术几乎已经成为生物医学中一个标准的研究工具。借助其他各种常规分析,通过成像方法回答了越来越多的科学问题。现在的共聚焦显微镜的功能非常多,好像是一个科研工作站,其应用也大多在生命科学研究领域。尼康95%的共聚焦显微镜系统都销往生物科学领域。而奥林巴斯显微镜在北美的销售,成像相关设备和软件的市场都集中在生命科学领域,几乎所有的共聚焦显微镜都供应到生命科学的实验室和研究中心。应用于活细胞的共聚焦显微镜对活细胞研究是必要的,并且正在成为活细胞研究的一个常规工具。如果一个多荧光蛋白质标记的细胞有很小的时间间隔的激发光谱,那么要观测它们,就需要利用光谱成像来区分这些不同的激发光谱,所以尼康引入C1si光谱共聚焦。卡尔蔡司特别关注荧光显微技术,它的显微对比方法的特异性是其突出的优点,并且提出了“卡尔蔡司:荧光科学”口号。

  CCD探头工艺

  对共聚焦系统的影响共聚焦显微镜制造商都一致认为,CCD探头工艺的提高会对未来共聚焦系统产生重大的变革。从过去到现在,CCD的敏感性一直在不断的提高,而且CCD探头工艺的进一步提高将会对未来的共聚焦系统产生更重要的影响。CCD照相机敏感性的提高使共聚焦显微镜的分辨率接近点扫描共聚焦显微镜的水平,可以用来产生优质的结构图像。一个显微镜同时拥有多个探头技术也将会出现。CCD探头工艺提高已经应用在卡尔蔡司共聚焦显微镜上。卡尔蔡司刚刚发布了一个新的快速共聚焦系统,即LSM5LIVE,它装配了一种先进的线性探测头。这个系统是其基于激光的共聚焦显微镜系统的一个补充产品。LSM510META是基于激光的共聚焦显微镜系统的旗舰产品,它的特征是应用了单通道和多通道光电倍增管工艺。它能够实现将多个荧光图像收集在一起,而不牺牲其清晰度和效率。

  旋转圆盘和点扫描技术的进步

  所有共聚焦显微镜制造商都在致力于提高其研发水平和工艺水平,其中旋转圆盘和点扫描型共聚焦系统是重点的研究对象。现在大约有5个公司基本上都采用相同的材料和工艺生产旋转圆盘,以前的旋转圆盘正在逐渐被淘汰,因为现在设计的旋转圆盘只有一个针孔那么大小。尼康扫频场共聚焦(SFC)是一个场扫描共聚焦,除了具有4个不同的针孔选择和2个可利用的缝之外,它更像一个旋转圆盘共聚焦显微镜。而卡尔蔡司的LSM5LIVE是现在扫描技术的一个重要的补充,这一点从使用过它的科学家那儿得到的反馈信息可以得到验证。卡尔蔡司的技术人员总是能够做到那些看起来不可能做到的事情,他们在不断的提高共聚焦装置的速度和敏感性,一直为提高活细胞成像的质量而努力。

  共聚焦显微镜在细胞生物学中的的应用奥林巴斯把FluoviewFV1000共聚焦系统应用在细胞生物学展示上,它的敏感性有很大提高,并且能在最小的标本损伤下实现活器官的高速扫描。其SIM扫描仪融合了两个独立的高度同步化的激光扫描仪,这种紧凑的设计使得它们能够实现同步的激光刺激和共聚焦观测。因此,可以在激光刺激后的瞬间,在没有任何延时的情况下,捕获到细胞产生的快速应激反应。

  尼康有一种十分有趣的软件技术,被称作二维实时重叠合法(2DRT)。利用这个软件,使用者可以在保持画面每秒帧数不变的情况下,实时的进行图像的锐化。稳定聚焦辅助技术是另外一项新出现的技术,通过它可以在数天内保持用户设定的一系列焦距,因此可以在最佳的焦距下对标本进行长时程的观测。这项技术扩展了活细胞成像的可利用时间范围,在以后必将会有日益重要的应用。

  现在,科学家的研究范围不仅仅局限在结构方面,还包括形态方面的研究。虽然如此,最常使用的仍然是对固定细胞和组织进行2-D和3-D成像。但是不管怎样,对体外和体内状态的一系列时间状态下测得的图像数据进行成像和定量分析,是以后发展的一个重要方向。在这样的研究中,保持细胞的活性非常重要,需要先进的技术和诸如卡尔蔡司LSM5LIVE这样的共聚焦成像系统的支持。

来源:中国化工仪器网

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