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顯微成像·洞察微觀之美

Microscopic imaging, insight into the beauty of micro

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光學顯微鏡觀察方式大盤點:熒光

發布時間:2025-02-15

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光學顯微鏡觀察方式大盤點:熒光

一、熒光(Fluorescence,FL)

熒光是一種光致發光現象。人類發現光致發光(熒光、磷光)現象的歷史非常久遠,在20世紀90年代隨著科學家將綠色熒光蛋白(GFP)成功的在細胞中表達出來后,熒光觀察方式在生物學的顯微研究中得到廣泛應用,目前熒光顯微鏡已成為各實驗室的標配成像設備。


明美多重熒光掃描儀MES200拍攝的全景小鼠腦片


(1)成像原理

某些分子能吸收特定波長的光線,然后再發射出更長波長的光線,這種分子稱為熒光團,這種光致發光現象稱為熒光現象。光譜波長從短到長,顏色分別是“紫外-紫-藍-綠-黃/橙-紅-紅外”,短波長激發可以激發長波長發射,比如紫外激發藍色發射,藍光激發綠色發射。



落射熒光觀察方式光路圖


熒光顯微鏡中,通常使用熒光染料或轉染技術,將熒光團結合到目標組織或細胞器等結構上,再用熒光顯微鏡激發觀察,從而實現高特異性、高靈敏度觀察。


(2)關鍵部件

熒光觀察需要一個特殊的模塊,用于提供熒光激發和發射光過濾,通常稱為熒光臂或熒光模塊,內含兩個關鍵部件:熒光光源和激發塊。另外效果還會受到熒光臂視場光闌等細節設計影響。


①熒光光源:用于提供熒光激發光,核心規格是光譜特征波長,要求能覆蓋染料的激發特征波長,并提供足夠光強。汞燈、氙燈、金屬鹵素燈、LED熒光光源都能滿足核心規格,目前在開關性能、使用壽命、光強可控性和免維護等方面比較有優勢的是LED熒光光源,如明美的MG-120四通道光源。


明美LED熒光光源


②熒光激發塊:一組激發塊由激發濾光片、發射濾光片和二向分光鏡組成,一臺熒光顯微鏡可能有多組激發塊,作用是篩選特定的激發光和發射光,透過目標熒光信號。核心規格是光譜波長參數,其波長參數與熒光染料匹配度會影響熒光觀察效果,匹配不佳會帶來更多背景雜訊、更低的信噪比。



激發塊:包含激發濾光片、發射濾光片、二向分光鏡


③熒光臂/熒光模塊:用來安裝熒光光源和激發塊的載體,核心規格是通道數和光源接口,影響配件適配和擴展性。傳統設計采用轉盤式熒光模塊,通道數較多,可以自主升級替換激發塊,帶光源接口,需要搭配熒光光源燈箱使用,另外會有視場光闌、孔徑光闌,以便調中燈箱等操作。



明美六孔轉盤式熒光模塊,適配四大品牌


明美數顯LED熒光模塊相當于傳統熒光臂加上熒光光源的組合,其熒光光源采用內置設計,熒光波長和激發塊聯動切換,并提供數顯屏幕直觀呈現光強和通道信息,尺寸小巧使用方便,有正置、倒置和體視三種形態,適配四大品牌主流無限遠光學顯微鏡。



數顯LED熒光模塊(激發塊與光源集成)


(3)成像特點

熒光觀察成像特征是暗背景和熒光色的目標信號,這帶來了3大應用優勢。

①高特異性和高靈敏度:可以特異性標記微小的細胞結構、分子、基因、蛋白、化合藥物等。

②多通道檢測:可標記多種染料用于指示不同部位實現多通道成像,適合研究復雜生物系統的相互作用。

③適用范圍廣:可實現活體、離體、標記、自發等多種方式的熒光成像,對樣本限制較少。


(4)主要應用

①生物學研究:包括細胞和亞微觀細胞結構、細胞生理、動物生理病理(研究)等。



倒置熒光顯微鏡MF52-N拍攝的多色熒光標記的神經細胞


華中科技大學章慧平教授課題組用MZX81拍攝的斑馬魚,用于ESS論文

②醫療診斷:原位熒光雜交技術(FISH)HER-2檢測癌癥、呼吸道病毒檢測、真菌鏡檢等。



FISH檢測

③產業應用:材料(礦物、紡織、紙張等)成分檢測、藥品檢測等。



熒光觀察:體視熒光顯微鏡MZX81檢測朱墨時序


(5)明美產品

①正置熒光顯微鏡

產品:MF23/MF31/MF43-N


MF43-N                                                 MF23                                                     MF31

  • 模塊化設計,使用LED光源,壽命長亮度高,使用便捷

  • 可配置半復熒光級別以上高透物鏡,熒光透過率更高

  • 可應用在FISH領域、FRET領域、CTC檢測領域


②倒置熒光顯微鏡

產品:MF52-N/MIX60-FL/MF53-N/MCS21



  • 標配明場、相差、熒光成像觀察方式

  • 熒光模塊化設計,使用LED光源,壽命長亮度高,使用便捷

  • 適用于熒光標記的活細胞成像觀察


③體視熒光顯微鏡

產品:MZX81/MZX100/MZX200


  • 配置明場與熒光照明模塊

  • 無限遠獨立平行雙光路系統,成像具有立體感,升級更方便

  • 適用于模式生物熒光成像、胚胎操作成像等場景


④熒光數字切片掃描

產品:多重熒光數字切片掃描儀MES200


  • 配備8熒光通道,可實現1-5片式明場與熒光全景掃描拼接

  • 掃描速度快,無拼接縫隙,2分鐘可完成(20X,15mm*15mm,3通道)

  • 可適用與腦片研究等多重熒光標記全景掃描等場景

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