在生命科學(xué)領(lǐng)域,隨著科研水平和實(shí)驗(yàn)手段不斷的提高,熒光染色方法以其特異性強(qiáng),使用相對(duì)于放射性元素更安全,檢測(cè)越來(lái)越靈敏等特點(diǎn),受到越來(lái)越多的研究人員的認(rèn)可,并且在實(shí)驗(yàn)室中廣泛應(yīng)用,成為經(jīng)常性的實(shí)驗(yàn)方法。
檢測(cè)熒光方法和手段根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)要求和目的也多種多樣,使用最多的還是熒光顯微鏡,熒光酶標(biāo)儀,流式細(xì)胞儀等。但是,無(wú)論何種儀器,無(wú)論儀器的性能如何,要得到準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),最基本的條件就是根據(jù)所使用的熒光染料正確設(shè)置激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)。
下面我們以熒光顯微鏡的熒光濾色鏡為例,介紹一下濾色鏡組的構(gòu)造以及根據(jù)染料,如何正確選擇濾色片。
熒光激發(fā)塊是熒光顯微鏡中用來(lái)激發(fā)熒光標(biāo)本和觀察熒光的核心部件,它實(shí)際是濾色片的組合,一般含有3種濾色片:
1. 激發(fā)濾色片(Exciter Filter):選擇透過(guò)某個(gè)波段的光,來(lái)激發(fā)熒光染料。
2. 分色鏡 (Dichroic Mirror):反射激發(fā)光,透過(guò)熒光,一般激發(fā)光波長(zhǎng)短,而發(fā)射光波長(zhǎng)較長(zhǎng)。
3. 發(fā)射濾色片(Barrier Filter) :透過(guò)發(fā)射光,也就是我們看到的“熒光”。同時(shí)阻擋各種雜散光和激發(fā)光的反射光。
根據(jù)熒光觀察的原理
——熒光染料吸收特定波長(zhǎng)的光(即激發(fā)光),躍遷到激發(fā)態(tài),然后再釋放出特定波長(zhǎng)的發(fā)射光(即熒光),回到基態(tài)。由此可知熒光染料所需的激發(fā)光和釋放的熒光都是特定波長(zhǎng)的,所以需要利用各種濾色片來(lái)選擇性的透過(guò)某種特定波長(zhǎng)的光來(lái)實(shí)現(xiàn)熒光觀察。否則,就會(huì)出現(xiàn)激發(fā)不了,激發(fā)了卻看不到或串色的現(xiàn)象。所以選擇合適的濾色片非常重要!
下面我們以熒光染料DAPI為例,闡述該如何選擇熒光激發(fā)塊。
熒光染料DAPI的光譜圖
通過(guò)上圖,我們可以了解到DAPI的激發(fā)光波長(zhǎng)為300nm-410nm左右,激發(fā)峰值在360nm左右,也就是說(shuō)激發(fā)光在300-410nm時(shí)可以激發(fā)DAPI染料,在360nm時(shí)激發(fā)效率最高。發(fā)射光波長(zhǎng)為390nm-600nm,峰值在470nm左右。接著,我們就根據(jù)這些數(shù)據(jù)來(lái)選擇濾色片。
Olympus U-FUW激發(fā)塊光譜圖
上圖為Olympus U-FUW激發(fā)塊的光譜信息。我們可以了解到此激發(fā)塊可以提供的激發(fā)光波長(zhǎng)在300-400nm之間,剛好可以激發(fā)DAPI。允許透過(guò)的熒光光譜范圍也在410nm以上,所以此激發(fā)塊可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)DAPI熒光染料的觀察。
讓我們?cè)賮?lái)看一個(gè)激發(fā)塊的光譜圖:
Olympus U-FGW激發(fā)塊光譜圖
上圖為olympus U-FGW激發(fā)塊的光譜信息,可以看出此激發(fā)塊可以提供的激發(fā)光在530-560nm左右,允許透過(guò)的熒光光譜范圍在570nm以上,所以此激發(fā)塊并不適合DAPI激發(fā)。如果用此激發(fā)塊來(lái)做DAPI的觀察,就會(huì)出現(xiàn)看不到熒光的現(xiàn)象。
可見(jiàn),要選擇合適的熒光激發(fā)塊,我們首先要知道熒光染料激發(fā)和發(fā)射光的波長(zhǎng)特性和激發(fā)塊光譜的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。但是,熒光染料和濾色片的種類非常多,用戶往往沒(méi)有渠道來(lái)獲取這些信息。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中使用熒光顯微鏡時(shí),因?yàn)闊晒饧ぐl(fā)塊配置錯(cuò)誤而得不到好的觀察效果的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生,對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)是一件非常煩惱的事。
為了方便用戶正確選擇激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng),節(jié)省時(shí)間,
日本理化研究所腦科學(xué)所-奧林巴斯合作中心(the RIKEN BSI-Olympus Collaboration Center )開(kāi)發(fā)了軟件
Spectrum Manager。用戶選擇熒光染料,軟件會(huì)給出染料的光譜信息和推薦的濾色片選擇等信息,使用非常方便。
軟件界面
還可利用Data Manager自行對(duì)光源信息、染料數(shù)據(jù)庫(kù)或?yàn)V色片信息進(jìn)行更新。
軟件界面
此款軟件已經(jīng)整合至奧林巴斯共聚焦顯微鏡的一款軟件中,發(fā)布以來(lái)得到了用戶非常好的反響。因此,現(xiàn)將該軟件開(kāi)放給所有顯微鏡使用者,供大家免費(fèi)使用。
由于是針對(duì)共聚焦顯微鏡的軟件,所以軟件中僅提供了激光光源譜線。如果您有需要,也可以將汞燈和氙燈光源信息導(dǎo)入至軟件。
以下提供普通熒光顯微鏡常用的汞燈和氙燈光源的圖譜,供大家參考。
汞燈光譜
汞燈在313, 334, 365, 406, 435, 546, and 578nm有比較好的激發(fā)峰。
氙燈光譜
氙燈在可見(jiàn)光光譜范圍內(nèi)強(qiáng)度更穩(wěn)定(沒(méi)有像汞燈那樣的光譜峰值),在紅外波段比汞燈強(qiáng)度高。但在紫外波段有一定的缺陷性。
所以選擇光源時(shí),光源特性要與我們的具體應(yīng)用相匹配。
日本理化研究所腦科學(xué)所-奧林巴斯合作中心(the RIKEN BSI-Olympus Collaboration Center)于2007年6月1日正式成立。新中心成立基于生命科學(xué)中長(zhǎng)期的發(fā)展方向,分享討論科研成果和資源,推動(dòng)生命科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展。同時(shí),中心的成立,也建立了科研成果到企業(yè)轉(zhuǎn)化的接力區(qū),使更多的科研人員能夠享受到研究成果。