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激光扫描共聚焦显微镜系统及其在生命科学研究中的应用
作者:未知 来源:生物秀 时间:2007-12-3

    激光扫描共聚焦显微镜(Confocal Laser Scanning Mircroscope, CLSM)是80年代发展起来的分子细胞生物学分析仪器,它是随着激光、视频、计算机等技术的飞速发展而诞生的新一代显微镜。较传统显微镜有着不可比拟的优势,如高空间分辨率,非介入无损伤连续光学切片,三维图像,实时动态等细胞结构和功能
    的分析检测,这项技术自问世至今一直处于不断发展进步中。

    1.激光扫描共聚焦显微镜的发展简史
    1957年,Malwin Minsky 在他的专业在首次阐明了激光扫描共聚焦显微镜技术的基本原理。
    10年后,Egger第一次成功地用共聚焦显微镜产生了一个光学横断面,所用的共聚焦显微镜的核心是尼普科夫盘(Nipkon disks)。此盘位于光源和针孔之后,从盘射出的光束以连续的光点在盘旋转时照到物体上,但该技术尚不完善。
    1970年,Sheppard 和Wilson共同推荐了一种新型的扫描共聚焦显微镜。同时首次描述了光与被照物体的原子之间的非线性性关系和激光扫描器的拉曼光谱学。
    1978年,Brankenhoff发明了高数值孔径的透镜。
    1979年,Koester设计了一种共聚焦扫描狭缝器获的美国专利。
    1985年,Wiijanedts第一次成功地用激光扫描共聚焦显微镜演示了荧光探针标记的生物材料的光学横断面,至此,激光扫描共聚焦显微镜的关键技术已基本成熟。
    创建于1983年的美国Mcridian公司,在90年代推出的“激光扫描共聚焦显微镜”这一项具有划时代意义的高科技产品,曾获得美国“政府新产品奖”和两次“高科技领先技术奖”。
    近年来一系列新型的激光扫描共聚焦显微镜相继据研制成功和投入使用,如视频型共聚焦激光显微镜、双光子共聚焦激光显微镜、4Pi共聚焦激光显微镜、多焦点多光子共聚焦显微镜、荧光寿命成像共聚焦显微镜等。它们较传统激光扫描共聚焦显微镜有着各自独特的优势,了解它们的基本性能和特点有助于其在生命科学领域更为广泛的应用。
    我院于今年引进的奥林巴斯FluoView™FV1000共聚焦显微镜

    2.激光扫描共聚焦显微镜成像原理及组成
    共聚焦的含义就是将聚焦区域以外的成像信息过滤,使其不在最终的成像结果中显示,首先将光线聚焦于一点或一线,然后对所要观察的平面进行扫描,聚焦区以外的光线通过检测探针隔除。
    激光扫描共聚焦显微镜成像原理(如图)
    激光器发出的激光束经过扩束透镜和光束整形镜,变成一束较大的平行光束,长通分色放射镜使光束偏转90°,经过物镜会聚在物镜的焦点上,样品中的荧光物质在激光的激发下发射沿各个方向的荧光,一部分荧光经过物镜,长通分色放射镜、聚焦透镜,会聚在聚焦透镜的焦点处的针孔,由检测器接受,通过光电倍增管(PMT)采集和放大信号,再经过信号处理,计算机以像点的方式将成像点显示在屏幕上,由光路中的扫描系统在整样品上扫描,在显示器上产生一幅完整图像,这幅图像即为焦平面的共焦图像,只要载物台沿着Z轴上下移动,将样品新的一层移到共焦面上,样品的这个新层面又成像在显示器上,随着Z轴的不段移动,就可得到样品不同层面连续的光切面像。我们将从激光扫描共聚焦显微镜获得的连续光切图像比喻为纤维CT,从这些连续的光切图像可通过三维重组模拟处样品。

    3.激光扫描共聚焦显微镜的功能及功能特点
    3.1  多重荧光标记的定位和定量分析
    3.2  光学切片—显微CT
    3.3  三维重建
    3.4  时间序列扫描
    3.5  定量分析
    3.6  图像处理
    3.7  图像动态采集
    3.8  xyz、xyzt和xt扫描(细胞内离子动态变化)
    3.9  旋转扫描
    3.10 感兴趣区域扫描
    3.11 荧光漂白恢复—FRAP
    3.12 荧光能量共振转移—FRET
    3.13 细胞膜流动性测定
    3.14 笼锁---解笼锁测定

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