顯微鏡系統(tǒng)用于生物發(fā)光成像應(yīng)用的選型

時(shí)間：2023-03-08作者：深圳維爾克斯光電有限公司瀏覽：96

生物發(fā)光成像原理

光在哺乳動(dòng)物組織內(nèi)傳播時(shí)會(huì)被散射和吸收，光子遇到細(xì)胞膜和細(xì)胞質(zhì)時(shí)會(huì)發(fā)生折射現(xiàn)象，而且不同類型的細(xì)胞和組織吸收光子的特性并不一樣。血紅蛋白（hemoglobin）是造成體內(nèi)可見光被吸收的主要因素，其吸收可見光中藍(lán)綠光波段的大部分。但是在可見光大于600納米的紅光波段，血紅蛋白的吸收作用卻很小。因此，在偏紅光區(qū)域, 大量的光可以穿過(guò)組織和皮膚而被檢測(cè)到。利用活體動(dòng)物生物發(fā)光成像技術(shù)較少可以檢測(cè)到皮下的幾百個(gè)細(xì)胞。以老鼠為例，由于發(fā)光源在老鼠體內(nèi)深度的不同可看到的較少細(xì)胞數(shù)是不同的。一般認(rèn)為，每一厘米深度，發(fā)光強(qiáng)度衰減10倍，血液豐富的組織或器官（比如心臟、肝臟、肺臟）衰減多，與骨骼相鄰的組織或器官衰減少。在相同的深度情況下，檢測(cè)到的發(fā)光強(qiáng)度和細(xì)胞的數(shù)量具有非常好的線性關(guān)系，可由儀器量化檢測(cè)到的光強(qiáng)度，反映出細(xì)胞的數(shù)量。

與光致發(fā)光的熒光現(xiàn)象不同，生物發(fā)光是指熒光素酶 (luciferase)分解熒光素 (luciferin) 發(fā)出的光，本質(zhì)是一種化學(xué)反應(yīng)。盡管生物發(fā)光強(qiáng)度與熒光相比較弱，但由于其*激發(fā)光，減少了自發(fā)熒光、入射光波動(dòng)等因素對(duì)圖像信噪比的影響，且對(duì)樣品沒有光毒性干擾，在高質(zhì)量活體成像上具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>

光再微弱，也可照亮世界。為了將生物發(fā)光引入生命科學(xué)成像研究，在實(shí)驗(yàn)中一般使用熒光素酶基因標(biāo)記細(xì)胞DNA，外源加入熒光素引發(fā)發(fā)光反應(yīng)進(jìn)行成像觀察。目前主要有四大顯微鏡廠家（徠卡，奧林巴斯，蔡司，尼康）致力于研發(fā)適用于生物發(fā)光成像的顯微鏡成像系統(tǒng)。




生物發(fā)光成像系統(tǒng)配件的選擇

針對(duì)生物發(fā)光成像的缺陷，Evident在奧林巴斯的基礎(chǔ)上，專為單細(xì)胞生物發(fā)光成像發(fā)布了IXplore Live for Luminescence全新解決方案，這是一款一體化簡(jiǎn)約箱體式設(shè)計(jì)，能夠*高效避免環(huán)境光干擾，保證高質(zhì)量、簡(jiǎn)單易用的成像觀察。不過(guò)，對(duì)于絕大部分應(yīng)用于生物發(fā)光成像的顯微鏡成像系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，以四大顯微鏡廠家（徠卡，奧林巴斯，蔡司，尼康）為例，他們大部分的顯微鏡成像系統(tǒng)基本都是手動(dòng)載物臺(tái)和手動(dòng)聚焦系統(tǒng)，對(duì)于客戶來(lái)說(shuō)會(huì)加大實(shí)驗(yàn)的繁瑣性。

為了讓客戶能夠較輕松的完成對(duì)生物發(fā)光成像的應(yīng)用，PRIOR提供了一系列能夠適用于不同顯微鏡型號(hào)的配件（正置或倒置顯微鏡載物臺(tái)，控制器，熒光照明系統(tǒng)，樣品架，電動(dòng)z軸馬達(dá)，獨(dú)立的電動(dòng)z軸模塊）來(lái)替代四大顯微鏡廠商的手動(dòng)載物臺(tái)和手動(dòng)聚焦系統(tǒng)。那么如何選用不同的配件來(lái)實(shí)現(xiàn)XYZ三軸的自動(dòng)化升級(jí)，下面以某款正置顯微鏡或倒置顯微鏡為例進(jìn)行分析。

在確定好顯微鏡型號(hào)判斷為正置顯微鏡后，確定是需要兩軸或者三軸的，若是兩軸的，搭配正置顯微鏡載物臺(tái)（例如圖1 H101A，圖2 H101F），之后配備控制器，XY兩軸操作桿以及樣品架。若是三軸，則在兩軸的基礎(chǔ)上增加一款電動(dòng)z軸馬達(dá)（如圖3 PS3H122R）以及XYZ三操作桿。




H101A正置顯微鏡載物臺(tái)與H101F正置顯微鏡載物臺(tái)對(duì)比如下：


圖3 PS3H122R電動(dòng)z軸馬達(dá)




電動(dòng)Z軸馬達(dá)雖然說(shuō)本身也有精度，但是馬達(dá)的精度并不會(huì)影響z軸的精度，這是因?yàn)轱@微鏡z軸的精度主要是由顯微鏡本身決定的，馬達(dá)只負(fù)責(zé)提供轉(zhuǎn)速。

如果需要進(jìn)行自動(dòng)對(duì)焦處理，PRIOR提供了一款激光自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)PF850系統(tǒng)（如圖6 PureFocus850），通過(guò)控制內(nèi)置電動(dòng)補(bǔ)償透鏡，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)成像深度的實(shí)時(shí)調(diào)整，并精確連續(xù)保持對(duì)焦效果.




圖4 PureFocus850自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)

若顯微鏡的型號(hào)是倒置顯微鏡，則只需要更改載物臺(tái)的選擇，選擇倒置顯微鏡載物臺(tái)（例如圖4 HLD117，圖5 H117），其他配置和正置顯微鏡的選擇方式一致。




HLD117倒置顯微鏡載物臺(tái)與H117倒置顯微鏡載物臺(tái)對(duì)比如下：



生物發(fā)光成像技術(shù)讓研究人員能夠觀察活體動(dòng)物體內(nèi)的基因表達(dá)和細(xì)胞活動(dòng)，是將分子及細(xì)胞生物學(xué)技術(shù)從體外研究發(fā)展到活體動(dòng)物體內(nèi)的強(qiáng)有力手段，正在被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)及生物學(xué)研究領(lǐng)域。由于其檢測(cè)靈敏度較高，且操作簡(jiǎn)單，費(fèi)用相對(duì)低廉，因此在生物科學(xué)研究領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用空間。

本文介紹了PRIOR電動(dòng)平臺(tái)與奧林巴斯顯微鏡配合用于生物發(fā)光成像的方案和哪里。英國(guó)PRIOR也致力于提供一系列配件來(lái)完成顯微鏡成像系統(tǒng)的搭建，幫助客戶實(shí)現(xiàn)生物發(fā)光成像的應(yīng)用。




生物發(fā)光成像的缺陷

-成像信號(hào)弱：生物發(fā)光信號(hào)強(qiáng)度較弱，常規(guī)的檢測(cè)器往往難以高效檢測(cè)弱光信號(hào)，無(wú)法保證圖像信噪比，這大大制約了生物發(fā)光成像的時(shí)空分辨率及應(yīng)用范圍。

-系統(tǒng)不穩(wěn)定：生物發(fā)光實(shí)驗(yàn)需要外源加入熒光素引發(fā)發(fā)光反應(yīng)，同時(shí)還需進(jìn)行幾小時(shí)甚至幾天的活細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，這對(duì)成像系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了較大的考驗(yàn)。

-拓展開放少：?jiǎn)我坏纳锇l(fā)光成像觀察不但在預(yù)實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)條件參數(shù)時(shí)帶來(lái)不便，同時(shí)還限制了其應(yīng)用的擴(kuò)展完善。




隨著商業(yè)化試劑的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大和生物發(fā)光成像儀器的不斷創(chuàng)新，生物發(fā)光成像技術(shù)日益完善，逐漸成為了生命科學(xué)成像研究的新生力量。為了讓客戶能夠較簡(jiǎn)易的完成生物發(fā)光成像，英國(guó)PRIOR關(guān)于如何選用適合的生物發(fā)光成像的顯微鏡系統(tǒng)這一個(gè)問(wèn)題，以正置顯微鏡系統(tǒng)或倒置顯微鏡系統(tǒng)在生物發(fā)光成像的應(yīng)用為例，提供了一系列的配件來(lái)完成顯微鏡成像系統(tǒng)（包括載物臺(tái)，樣品架，熒光照明系統(tǒng)，控制器，電動(dòng)z軸馬達(dá)，自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)）的搭建。


























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