顯微成像小課堂丨etaluma讓你的實驗更加輕松無干擾

來源: 锘海生物科學儀器(上海)股份有限公司   2019-6-5   訪問量:3722評論(0)

絕大多數的生物材料,比如動植物細胞,在可見光下是透明的,有很少能產生對比度的色度特征(顏色)或者巨大的折射率梯度(明暗)。在活細胞成像中,為了提供檢測細胞特征所需的必要的對比度和分辨率,顯微鏡必須能夠從樣品中收集足夠的光,以產生能夠以信息方式呈現的干涉。成功的活細胞和組織成像依賴于使用先進的光學技術增加對比度,例如相位和微分干涉對比(DIC),霍夫曼調制對比(HMC),熒光(FL)。在選擇實驗所需的設備時,要充分考慮儀器配置的各個方面,包括顯微鏡機架的類型,物鏡的特性,光源和電子檢測器系統,也包括輔助設備,比如光閘,濾色片轉輪,成像室(imaging chamber)等。

許多活細胞或組織成像系統使用的是固定載物臺顯微鏡(fixed-stage microscope),在研究級倒置顯微鏡上很常見,這里的固定載物臺指的是放置在載物臺上的樣品位置在Z方向上相對于顯微鏡機身是固定的,載物臺僅僅控制XY方向上的位移。而Z方向上的調節是靠改變物鏡相對于樣品的高度來實現的。但是在一些更高級的配置里會選用壓電控制載物臺來進行聚焦。通過壓電材料控制的載物臺在控制Z軸的速度及精度上會有很大的優勢。但是相對于傳統的載物臺成本較高,Z軸的行程也有很大限制。固定載物臺顯微鏡給灌注和微流控設備提供了一個穩定的平臺,樣品可以盛放在開放式的樣品倉中固定并壓在蓋玻片底上。相反的,正置顯微鏡可以使用水浸式物鏡,物鏡可以直接伸入培養基中,在電生理設備中十分常見,經物鏡放大的圖像可以通過接口直接接到圖像檢測器端,從而防止了側面端口輕微的光損失。現代顯微鏡通常還會包括電動的聚焦,濾色片轉輪,光閘及物鏡切換部件。雖然電動部件增加了便利性,但是對于光學表現上卻沒有什么本質的提升。活細胞系統由于需要長時間觀察,維持軸向聚焦的設備(稱為聚焦穩定機構)必不可少,無論是基于激光(或者發光二極管)的或者機械的,對于延時研究都非常有價值,但需要一個電動聚焦單元。

在顯微鏡上長時間保持活細胞處于健康狀態需要嚴格控制許多環境變量,包括溫度、大氣、濕度、滲透壓和酸堿度。此外,為了獲得最佳成像效果,細胞必須被放置在一個特制的小室中,這個小室提供一個與物鏡設計相匹配的窗口(蓋片)。市場上有許多這樣的培養箱可供選擇,大到可以包圍整個顯微鏡載物臺的有機玻璃倉室,小到包圍單個培養皿,可以打開關閉并維持環境的小體積倉室。

上圖展示了一種常見的基于倒置組織培養顯微鏡的活細胞成像系統。圖中所示的所有輔助組件對于在明場,相差,微分干涉,熒光照明下采集圖像時維持培養都是必要的。樣品倉放置于固定臺上并牢牢固定在物鏡上方圓形或方形的開口上。維持培養倉環境的是一個包圍了顯微鏡聚光鏡系統,載物臺,物鏡和物鏡轉盤的有機玻璃外殼。二氧化碳傳感器和控制閥由一個監測外殼內溫度的裝置控制,其他部件控制加熱臺和物鏡加熱器,從而避免在使用油鏡成像時圖像產生漂移。激發和發射濾色片轉輪和CCD相機系統由一個單獨的控制單元操作,該控制單元與電腦主機相連。所有設備應安裝在一個面包板式隔振平臺上。對機械干擾的隔離對于微操是必不可少的,但更重要的是,它大大提高了圖像分辨率。


以下劃重點

盡管這樣的設備可以精確控制實驗中所需的各個參數,但是對于操作者提出了更高的要求,而且由周邊環境造成的影響仍然無法完全避免。由锘海生物科學儀器代理的美國Etaluma全自動活細胞工作站獨辟蹊徑,采用了緊湊的光路設計,所有的光學部件,成像系統整合在37cm*43cm*47cm見方內,如果去除相差部件,僅高25cm。即使包含整個相差部件,也可以將整機完全放入細胞培養箱中,這樣做最大的好處就是儀器本身就處在了細胞培養最舒適的環境中,免去了從培養箱中取出細胞轉移到顯微鏡上這一過程,避免在轉移細胞過程中產生的污染及環境變化對細胞生長產生的影響。儀器自帶全自動XYZ;紅綠藍三色熒光,以LED做光源;1900x1900像素CMOS相機。全部部件僅需兩根連接線,一個給電動載物臺供電,一個USB作為數據傳輸。大大降低了對儀器操作人員的要求。

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