美國國立衛生研究院的一個團隊拍攝到了一張評委認為“技術上接近完*”的幼年斑馬魚的照片。這張照片使用共聚焦顯微鏡和圖像堆疊技術創作完成。這些影像結合了研究、創造力、影像技術和專業知識,其中不少還是生物科學領域和顯微攝影技術運用上的重要突破,值得好好欣賞!
你了解什么是共聚焦顯微鏡?
顯微鏡是人類*偉大的發明之一。從遠古時代,人們就渴望看到更多肉眼看不到的事物。
隨著科學技術的發展,科研已開始由宏觀轉向微觀世界,與此同時,激光共聚焦顯微鏡也成為課題組內經常使用的儀器。
熒光顯微鏡為啥不香?
在生物學研究中,科學家們常常利用能發射熒光的熒光分子作為生物標記。將這種熒光分子通過化學方法掛在其他不可見的分子上,原來不可見的部分就變得可見了。生物學家一直利用這種標記方法,把原本透明的細胞或細胞器從黑暗的顯微鏡視場中‘揪出來’。熒光壽命可以反映細胞生命活動的環境參量,例如環境PH值、離子濃度、含氧量等,同時也是區分熒光蛋白分子、反映熒光蛋白分子動力學特征的重要參數,在細胞生物學等領域中具有廣泛應用。
實驗室里有熒光顯微鏡還要去用共聚焦顯微鏡呢?因為共聚焦顯微鏡成像效果比熒光顯微鏡好太多。
看這張熒光顯微鏡與共聚焦拍的細胞核和細胞骨架對比圖,是不是感覺就像近視的你忘記戴眼鏡和戴了眼鏡看到的效果呢?隨著大家越來越關注活體及活細胞實驗的結果,加上傳統活細胞工作站在分辨率上的限制,共聚焦無疑成為大家的方案。主要原因有:
1、分辨率高;
2、光毒性小很多,適合活細胞實驗;
3、檢測靈敏度非常高,成像速度也非常快。
共聚焦顯微鏡與熒光顯微鏡相比升級了激光光源、光電倍增管檢測器并在檢測器前加裝了針孔,在硬件上實現了物鏡觀察到的樣品焦點--針孔--檢測器三點共軛避免了非焦平面雜散光的干擾,拍圖時還能再做光學放大、平均降噪、平均疊加等設置讓我們輕輕松松得到像圖中那樣的高清圖片。
結論
激光掃描共聚焦顯微鏡是在傳統熒光顯微鏡成像的基礎上采用激光作為光源,通過使用激光掃描裝置和共軛聚焦裝置,利用計算機對所觀察的對象進行數字圖像處理的現代化光學顯微鏡。
它能以極高的分辨率采集細胞或組織內部的熒光標記圖像、觀察細胞或組織內部的微細結構和形態學變化、在亞細胞水平觀察胞內重要離子濃度或 pH 的變化、結合電生理技術觀察和記錄細胞的生理活動。使用激光掃描共聚焦顯微鏡,還可以對觀察樣品進行斷層掃描和成像、重構和分析細胞的三維空間結構。
共聚焦顯微鏡原理
激光共聚焦掃描顯微鏡(Confocal laser scanning microscope,CLSM)脫離了傳統光學顯微鏡的場光源和局部平面成像模式,采用激光束作掃描光源,激光束經照明針孔,經由分光鏡反射至物鏡,并聚焦于樣品上,對標本焦平面逐點、逐行、逐面快速掃描成像。
掃描的激光與熒光收集共用一個物鏡,物鏡的焦點即掃描激光的聚焦點,也是瞬時成像的物點,通過控制調焦深度,就可以獲得樣品不同深度層次的圖像,這些圖像信息都儲于計算機內,通過計算機分析和模擬,就能顯示所觀察表面的立體結構。
激光共焦光學系統僅接收通過圓形針孔聚焦的光線,并非采集從樣品上反射和散射的所有光線。這樣有助于消除模糊,且由于點對點掃描去除了雜散光的影響,讓其能夠獲得比普通顯微鏡對比度更高的圖像。
在結構配置上,激光掃描共聚焦顯微鏡除了包括普通光學顯微鏡的基本構造外,還包括激光光源、掃描裝置、檢測器、計算機系統 (包括數據采集、處理、轉換、應用軟件)、圖像輸出設備、光學裝置和共聚焦系統等部分。由于該儀器具有高分辨率、高靈敏度、"光學切片"(Optical sectioning)、三維重建、動態分析等優點,因而為表面分析及生物醫學等研究提供了有效手段。