細(xì)胞生物學(xué)研究中的幾種顯微成像技術(shù)方案
1.細(xì)胞生物學(xué)概念
細(xì)胞生物學(xué)是以細(xì)胞為研究對象，從細(xì)胞的顯微水平、亞顯微水平和分子水平三個(gè)層次，研究細(xì)胞結(jié)構(gòu)、功能和生活史。顯微結(jié)構(gòu)一般是指大概輪廓，大的結(jié)構(gòu)，如線粒體，葉綠體，細(xì)胞核等，其分辨力大于0.2微米，可在光學(xué)顯微鏡下觀察；亞顯微結(jié)構(gòu)是更具體的結(jié)構(gòu)，如細(xì)胞膜，核膜，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜等，其分辨力小于0.2微米，受制于光學(xué)顯微鏡的衍射極限，需用電子顯微鏡才能夠分辨，但電子顯微鏡不適用于活細(xì)胞成像，很多應(yīng)用研究也只需確定該亞顯微物質(zhì)的分布而無需明確具體結(jié)構(gòu)，因此通常可通過熒光標(biāo)記等方式使用寬場熒光顯微鏡或共聚焦顯微鏡等進(jìn)行研究。
明美顯微鏡相機(jī)MC50-S下的細(xì)胞成像
2.顯微成像技術(shù)在細(xì)胞生物學(xué)中的應(yīng)用
細(xì)胞生物學(xué)主要對細(xì)胞的生命活動進(jìn)行研究，包括生長、發(fā)育、繁殖、遺傳、變異、衰老、死亡、代謝、調(diào)控、分化等，使用光學(xué)顯微鏡可以進(jìn)行的研究內(nèi)容有以下幾種：①生物膜與細(xì)胞器；②細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；③細(xì)胞骨架體系；④細(xì)胞核、染色體及基因表達(dá)；⑤細(xì)胞增殖及其調(diào)控；⑥細(xì)胞分化及干細(xì)胞；⑦細(xì)胞死亡；⑧細(xì)胞衰老；⑨細(xì)胞工程。
這些研究都基于對細(xì)胞顯微水平及亞顯微水平的觀測：
（1）研究細(xì)胞顯微層面的形態(tài)、活動，如細(xì)胞遷移、胞吞、細(xì)胞的纖毛和鞭毛運(yùn)動等
細(xì)胞一般呈透明狀，未經(jīng)染色的標(biāo)本或活細(xì)胞，適用于相差觀察，如活細(xì)胞培養(yǎng)（劃痕實(shí)驗(yàn)、遷移實(shí)驗(yàn)）
（2）細(xì)胞亞顯微水平的染色及熒光標(biāo)記觀測
細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)大小一般小于0.2微米，使用光學(xué)顯微鏡無法觀測其具體結(jié)構(gòu)，但可利用其結(jié)構(gòu)中的蛋白質(zhì)或核酸等物質(zhì)，選擇合適的熒光染料與其結(jié)合，通過熒光顯微鏡觀測熒光信號從而判斷該物質(zhì)的分布和活動。
MF53-N下的細(xì)胞有絲分裂
3.顯微成像技術(shù)在細(xì)胞生物學(xué)應(yīng)用中的挑戰(zhàn)
細(xì)胞生物學(xué)成像有以下幾個(gè)難點(diǎn)需要注意：
1）細(xì)胞的長時(shí)間活性和健康度需要培養(yǎng)條件支持。細(xì)胞的活性和健康度需要合適的溫度、濕度和氣體培養(yǎng)條件支持，離開了這些條件細(xì)胞無法長時(shí)間保持活性。如果觀察和實(shí)驗(yàn)可以短時(shí)間完成，那么離開培養(yǎng)條件后盡快完成觀察和實(shí)驗(yàn)即可。對于需要長時(shí)間觀察的細(xì)胞活動，則需要考慮把成像設(shè)備放到培養(yǎng)箱里，或者把培養(yǎng)皿放到成像設(shè)備上然后使用微流控細(xì)胞芯片分析儀等調(diào)節(jié)、保持培養(yǎng)條件。
（MF53-N+MSX2拍攝的細(xì)胞劃痕實(shí)驗(yàn)狀態(tài)）
2）不合適的光源可能損傷細(xì)胞活性和健康度。高能量的激發(fā)光（如汞燈的紫外線）、高強(qiáng)度的光照（如共聚焦的激光光源）、長時(shí)間照射，會影響細(xì)胞的活率和健康度，這在傳統(tǒng)汞燈光源中比較明顯。使用LED冷光源的寬場熒光顯微鏡，做無需染色的相襯或者霍夫曼調(diào)制相襯觀察，是光源性損傷更低的方案，需要熒光染色時(shí)使用低光毒性的的長波段熒光染料（如cy5、cy5.5、cy7等），搭配盡可能低的光強(qiáng)和盡可能短的激發(fā)/成像時(shí)間，也是一種思路。
低光毒性的LED光源相襯觀察
3）熒光染料可能損傷細(xì)胞健康。熒光染料的毒性和激發(fā)光的光毒性會使細(xì)胞健康處于不良的狀態(tài)，典型的是DAPI和Hoechst，這些染料有一定的毒性，并且使用有光毒性的紫外光激發(fā)，對于這種情況，建議在染色后盡快實(shí)驗(yàn)，并盡量縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間。
4）不合適的熒光染料搭配會導(dǎo)致成像不理想。熒光染料不合適或過多，會導(dǎo)致光譜重疊、非特異性染色，背景信號會增強(qiáng)，影響熒光成像效果。為了避免這種問題，需要合理選擇染料的種類和數(shù)量，盡量錯(cuò)開發(fā)射波段，并針對染料選擇合適的濾光片，通常使用窄帶發(fā)射濾光片會有更好的效果。另外還可通過加入適量背景抑制劑減少背景熒光。
5）熒光成像考驗(yàn)相機(jī)的靈敏度。熒光成像屬于弱光成像，普通顯微鏡相機(jī)可能會出現(xiàn)成像時(shí)間長、背景噪聲高的問題，拍攝的圖片容易糊掉。使用高靈敏度的相機(jī)，可以降低成像時(shí)間，減少光毒性影響，并減少背景噪聲，這對于紫外成像和紅外成像來說更加明顯。對于650nm以上的紅外波段成像，還需要用到去除了藍(lán)玻璃/IRCF的sCMOS科研級相機(jī)（黑白）。
6）焦面漂移，觀察目標(biāo)可能會在實(shí)驗(yàn)過程中因移動而失焦。具有自動聚焦功能的活細(xì)胞成像儀，可以幫助您保持更長的目標(biāo)聚焦時(shí)間并減少焦點(diǎn)漂移。另外，將細(xì)胞培養(yǎng)在恒定溫度并保持容器中溶液的體積恒定也有助于解決聚焦漂移問題
4.明美推薦方案
(1)典型解決方案：倒置熒光顯微鏡MF52-N + 高靈敏度顯微鏡相機(jī)MC50-S/MS23
- 倒置熒光顯微鏡，可實(shí)現(xiàn)相差觀察、熒光觀察和明場觀察
- LED冷光源，紫外波段單獨(dú)控制，光毒性更低
- 可個(gè)性化選擇熒光通道，實(shí)現(xiàn)多種熒光信號觀測
- 可選高靈敏度相機(jī)，弱熒光信號捕獲能力強(qiáng)，成像效果優(yōu)異
(2)研究級解決方案：電動XYZ倒置熒光顯微鏡MF53-N + 高靈敏相機(jī)MC50-S/MS23 或 研究級相機(jī)MSH12/MSH05
- 研究級倒置熒光顯微鏡，高質(zhì)量相襯、熒光和明場成像，另有霍夫曼版本
- 觸屏控制LED冷光源，紫外波段單獨(dú)控制，光毒性更低
- 濾光片組可自主選擇替換，實(shí)現(xiàn)不同熒光染色觀察需求，如Fura-2鈣離子探針
- 三軸高精度電動平臺，重復(fù)定位精度1μm，可精確定位和自動對焦
- 選配高靈敏度相機(jī)滿足熒光成像，選配研究級相機(jī)滿足特殊成像要求，如Cy7染料
(3)局促空間解決方案：活細(xì)胞成像儀（自帶無線相機(jī)）
- 高度一體化，支持相襯和明場觀察成像
- LED冷光源，紫外波段單獨(dú)控制，光毒性更低
- 尺寸小巧輕便，可用于空間狹小細(xì)胞房
- 可用電腦平板無線連接相機(jī)，避免線材造成不便
- 可選配自動對焦、熒光、雙物鏡等升級配置
(4) 原有產(chǎn)品升級方案：四大品牌顯微鏡 + LED熒光光源/模塊 + 高靈敏顯微鏡相機(jī)MC50-S/MS23
- 寬光譜大功率LED熒光光源MG-100和四通道光源MG-120可適配四大品牌主流熒光顯微鏡，使用更方便，壽命更長，紫外光毒性更低
- 奧林巴斯CKX41/CKX53，尼康TS100、徠卡DMIL等倒置顯微鏡都可以用我們的模塊升級為熒光顯微鏡，高性價(jià)比實(shí)現(xiàn)熒光觀察功能
- 奧林巴斯BX53/CX43，尼康E100，徠卡DM500，蔡司Primo Star等正置顯微鏡，可以使用我們的模塊升級為熒光顯微鏡，高性價(jià)比實(shí)現(xiàn)熒光觀察功能
- 高靈敏度相機(jī)搭配定制接口，可適配四大品牌主流倒置顯微鏡和倒置熒光顯微鏡
明美是一家專注顯微成像產(chǎn)品研發(fā)與銷售的高新技術(shù)企業(yè)，是中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會光學(xué)分會理事單位，醫(yī)療器械顯微鏡生產(chǎn)及經(jīng)營廠家。
公司一直堅(jiān)持誠信經(jīng)營，用心服務(wù)，提供顯微成像解決方案。為教育、科研、醫(yī)藥、工業(yè)檢測等廣大客戶提供高效、穩(wěn)定的產(chǎn)品與服務(wù)。
始終以客戶需求為中心，以品質(zhì)為根本，以創(chuàng)新為方向，推動顯微行業(yè)的數(shù)字化、電動化、智能化，為顯微領(lǐng)域的國產(chǎn)化進(jìn)程貢獻(xiàn)力量。
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