一、荧光(Fluorescence,FL)
荧光是一种光致发光现象。人类发现光致发光(荧光、磷光)现象的历史非常久远,在20世纪90年代随着科学家将绿色荧光蛋白(GFP)成功的在细胞中表达出来后,荧光观察方式在生物学的显微研究中得到广泛应用,目前荧光显微镜已成为各实验室的标配成像设备。
明美多重荧光扫描仪MES200拍摄的全景小鼠脑片
(1)成像原理
某些分子能吸收特定波长的光线,然后再发射出更长波长的光线,这种分子称为荧光团,这种光致发光现象称为荧光现象。光谱波长从短到长,颜色分别是“紫外-紫-蓝-绿-黄/橙-红-红外”,短波长激发可以激发长波长发射,比如紫外激发蓝色发射,蓝光激发绿色发射。
落射荧光观察方式光路图
在荧光显微镜中,通常使用荧光染料或转染技术,将荧光团结合到目标组织或细胞器等结构上,再用荧光显微镜激发观察,从而实现高特异性、高灵敏度观察。
(2)关键部件
荧光观察需要一个特殊的模块,用于提供荧光激发和发射光过滤,通常称为荧光臂或荧光模块,内含两个关键部件:荧光光源和激发块。另外效果还会受到荧光臂视场光阑等细节设计影响。
①荧光光源:用于提供荧光激发光,核心规格是光谱特征波长,要求能覆盖染料的激发特征波长,并提供足够光强。汞灯、氙灯、金属卤素灯、LED荧光光源都能满足核心规格,目前在开关性能、使用寿命、光强可控性和免维护等方面比较有优势的是LED荧光光源,如明美的MG-120四通道光源。
明美LED荧光光源
②荧光激发块:一组激发块由激发滤光片、发射滤光片和二向分光镜组成,一台荧光显微镜可能有多组激发块,作用是筛选特定的激发光和发射光,透过目标荧光信号。核心规格是光谱波长参数,其波长参数与荧光染料匹配度会影响荧光观察效果,匹配不佳会带来更多背景杂讯、更低的信噪比。
激发块:包含激发滤光片、发射滤光片、二向分光镜
③荧光臂/荧光模块:用来安装荧光光源和激发块的载体,核心规格是通道数和光源接口,影响配件适配和扩展性。传统设计采用转盘式荧光模块,通道数较多,可以自主升级替换激发块,带光源接口,需要搭配荧光光源灯箱使用,另外会有视场光阑、孔径光阑,以便调中灯箱等操作。
明美六孔转盘式荧光模块,适配四大品牌
明美数显LED荧光模块相当于传统荧光臂加上荧光光源的组合,其荧光光源采用内置设计,荧光波长和激发块联动切换,并提供数显屏幕直观呈现光强和通道信息,尺寸小巧使用方便,有正置、倒置和体视三种形态,适配四大品牌主流无限远光学显微镜。
数显LED荧光模块(激发块与光源集成)
(3)成像特点
荧光观察成像特征是暗背景和荧光色的目标信号,这带来了3大应用优势。
①高特异性和高灵敏度:可以特异性标记微小的细胞结构、分子、基因、蛋白、化合药物等。
②多通道检测:可标记多种染料用于指示不同部位实现多通道成像,适合研究复杂生物系统的相互作用。
③适用范围广:可实现活体、离体、标记、自发等多种方式的荧光成像,对样本限制较少。
(4)主要应用
①生物学研究:包括细胞和亚微观细胞结构、细胞生理、动物生理病理(研究)等。
倒置荧光显微镜MF52-N拍摄的多色荧光标记的神经细胞
华中科技大学章慧平教授课题组用MZX81拍摄的斑马鱼,用于ESS论文
②医疗诊断:原位荧光杂交技术(FISH)HER-2检测癌症、呼吸道病毒检测、真菌镜检等。
FISH检测
③产业应用:材料(矿物、纺织、纸张等)成分检测、药品检测等。
荧光观察:体视荧光显微镜MZX81检测朱墨时序
(5)明美产品
①正置荧光显微镜
产品:MF23/MF31/MF43-N
MF43-N MF23 MF31
模块化设计,使用LED光源,寿命长亮度高,使用便捷
可配置半复荧光级别以上高透物镜,荧光透过率更高
可应用在FISH领域、FRET领域、CTC检测领域
②倒置荧光显微镜:
产品:MF52-N/MIX60-FL/MF53-N/MCS21
MF53-N MF52-N MIX60-FL MCS21
标配明场、相差、荧光成像观察方式
荧光模块化设计,使用LED光源,寿命长亮度高,使用便捷
适用于荧光标记的活细胞成像观察
③体视荧光显微镜
产品:MZX81/MZX100/MZX200
MZX100 MZX81 MZX200
配置明场与荧光照明模块
无限远独立平行双光路系统,成像具有立体感,升级更方便
适用于模式生物荧光成像、胚胎操作成像等场景
④荧光数字切片扫描
产品:多重荧光数字切片扫描仪MES200
配备8荧光通道,可实现1-5片式明场与荧光全景扫描拼接
扫描速度快,无拼接缝隙,2分钟可完成(20X,15mm*15mm,3通道)
可适用与脑片研究等多重荧光标记全景扫描等场景
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