激光共聚焦培养皿显微镜的工作原理是什么?

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激光共聚焦显微镜的原理与应用范围
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激光共聚焦显微镜的原理与应用范围39-2
3.3.3根据实验目的选择合适当软件;3.3.4按软件要求设置有关参数,进行观察和分析;4激光扫描共聚焦显微镜的功能;激光扫描共聚焦显微镜的功能主要分图像处理功能和细;4.1图层处理功能;4.1.1组织光学切片:激光扫描共聚焦成像利用照;降,可以逐层获得高反差、高分辨率、高灵敏度的二维;4.1.2三图像重建:激光扫描共聚焦显微镜通过薄;4.1.3细胞物理会生
3.3.3根据实验目的选择合适当软件。一般仪器的软件分静息状态度图像分析软件、动态测量软件和特殊软件。3.3.4按软件要求设置有关参数,进行观察和分析。4 激光扫描共聚焦显微镜的功能激光扫描共聚焦显微镜的功能主要分图像处理功能和细胞生物学功能两个方面4.1 图层处理功能4.1.1 组织光学切片:激光扫描共聚焦成像利用照明点与探测点共轭特性,可有效抑制同一焦点平面上非测量点的杂散荧光及来自样品中非焦平面的荧光,从而获得普通光镜无法达到的分辨率。同时具有深度识别率和纵向分辨率。它以一个微动步进马达控制载物台的升降,可以逐层获得高反差、高分辨率、高灵敏度的二维光学横断面图像,从而对活的或固定的细胞及组织进行无损伤的系列“光学切片”(Optical sectioning),得到各个层面的信息。这种功能也被称为“细胞CT”或“显微CT”。4.1.2 三图像重建:激光扫描共聚焦显微镜通过薄层光学切片功能,可获得真正意义上的三维数据,经过计算机图像处理及三维重建软件,沿X、Y和Z轴或其它任意角度来观察标本的外形及剖面,并得到三维的立体结构,从而能十分灵活、直观地进行形态观察,并揭示亚细胞结构的空间关系。 §4.1.3 细胞物理会生物化学测定:激光扫描共聚焦显微镜可进行低光探测、活细胞定量分析和重复极佳的荧光定量分析,从而能对单细胞或细胞群的溶酶体、线粒体、内质网、细胞骨架、结构性蛋白质、DNA、RNA、酶和受体分子等细胞特异结构的含量、组份及分布进行定性、定量、定时及定位测定;同时还可测定分子扩散、膜电位、氧化-还原状态和配体结合等生化反应变化程度。另外,还可以对细胞的面积、平均荧光强度、积分荧光强度、细胞周长、形状因子及细胞内颗粒数等参数进行自动测定。 §4.1.4 荧光的定量、定位分析:激光扫描共聚焦显微镜可对单标记或双标记细胞及组织标本的共聚焦荧光进行定量分析,并显示荧光沿Z轴的强度变化;同时还可自动将荧光图像与象差图像重叠以显示荧光在形态结构上的精确定位。还可测量标本深层的荧光分布。也适用于高灵敏度的快速荧光测定,准确地监测抗原表达、荧光原位杂交斑点及细胞结合和杀伤的形态学特性,并作定量分析4.1.5 Ca2+ 、pH及其它细胞内离子的实时定量测定:利用Flu-3、Indo-1、Fura-Red等多种荧光探针,激光扫描共聚焦显微镜能完成活细胞生理信号的动态监测,可对单个细胞内各种离子(Ca2+、K+、Na+、Mg2+和pH)的比例及动态变化作毫秒级实时定量分析;可以定量探测胞质中(Ca2+对肿瘤启动因子、化学因子、生长因子及各种激素等刺激反应;使用荧光探针Flu-3和SNARF可同时测定Ca2+和pH值。4.2 细胞生物学功能4.2.1 荧光光漂泊恢复(FRAP)技术:激光扫描共聚焦显微镜能借助于高强度脉冲式激光照射细胞的某一区域,从而造成该区域荧光分子的光淬灭,其周围的非淬灭荧光分子将以一定速率向受照区域扩散,扩散速率可直接进行监测,由此揭示细胞结构和各种变化的机制,用于研究细胞骨架构成、核膜结构和大分子组装等。同样作为第二信使,环腺嚓吟单核昔酸cAMP的研究也同样为人们所关注:Nagai等利用FRET来观察cAMP诱导的磷酸化,得到了活细胞中蛋白激酶A的动态变化曲线.在Cameleons-2的改造上,Pearce等利用Cameleons标记金 属硫蛋白(MT),研究了一氧化氮刺激下MT的功能.4.2.2 胞间通讯的研究:激光扫描共聚焦显微镜通过测量细胞缝隙连接介导的分子转移,观察相邻细胞之间的胞间通讯。用于研究肿瘤启动子、生长因子以及细胞内Ca2+ 、pH和cAMP对缝隙连接和胞间通讯的影响。4.2.3 细胞膜流动性测定:激光扫描共聚焦显微镜可通过专用计算机软件,对细胞膜流动性进行定量和定性分析,在研究膜的磷脂酸组成分析、药物效应和作用位点、温度反应测定及物种比较等方面有重要作用。4.2.4 光活化技术:激光扫描共聚焦显微镜具有光活化测定功能,可以控制笼锁探针分解的瞬间光波长和照射时间,从而人为地控制多种生物活性产物及其它化合物发挥作用的时间和空间,以此研究可形成笼锁化合物的许多重要活性物质(如神经递质、细胞内第二信使cAMP、核苷酸、Ca2+ 及某些荧光素等)在细胞增殖、分化等生物代谢过程中的作用。通过上述介绍,共聚焦显微镜强大的功能已可见一斑。与其他的生物学技术(如免疫组化技术、原位杂交技术等)相配合,它的检测范围进一步扩大。我们几乎可利用共聚焦显微镜定性、定量地检测细胞内的任何一种生化成分激光共聚焦显微镜原理激光共聚焦扫描显微技术(Confocal laser scanning microscopy)是一种高分辨率的显微成像技术。普通的荧光光学显微镜在对较厚的标本(例如细胞)进行观察时,来自观察点邻近区域的荧光会对结构的分辨率形成较大的干扰。共聚焦显微技术的关键点在于,每次只对空间上的一个点(焦点)进行成像,再通过计算机控制的一点一点的扫描形成标本的二维或者三维图象。在此过程中,来自焦点以外的光信号不会对图像形成干扰,从而大大提高了显微图象的清晰度和细节分辨能力。 图1. 共聚焦显微镜简化原理图 图1是一般共聚焦显微镜的工作原理示意图。用于激发荧光的激光束(Laser)透过入射小孔(light source pinhole)被二向色镜(Dichroic mirror)反射,通过显微物镜(Objective lens)汇聚后入射于待观察的标本(specimen)内部焦点(focal point)处。激光照射所产生的荧光(fluorescence light)和少量反射激光一起,被物镜重新收集后送往二向色镜。其中携带图像信息的荧光由于波长比较长,直接通过二向色镜并透过出射小孔(Detection pinhole)到达光电探测器(Detector)(通常是光电倍增管(PMT)或是雪崩光电二极管(APD)),变成电信号后送入计算机。而由于二向色镜的分光作用,残余的激光则被二向色镜反射,不会被探测到。 图2. 探测针孔的作用示意图 图2解释了出射小孔所起到的作用:只有焦平面上的点所发出的光才能透过出射小孔;焦平面以外的点所发出的光线在出射小孔平面是离焦的,绝大部分无法通过中心的小孔。因此,焦平面上的观察目标点呈现亮色,而非观察点则作为背景呈现黑色,反差增加,图像清晰。在成像过程中,出射小孔的位置始终与显微物镜的焦点(focal point)是一一对应的关系(共轭conjugate),因而被称为共聚焦(con-focal)显微技术。 共聚焦显微技术是由美国科学家马文?闵斯基(Marvin Minsky)发明的;他于1957年就为该技术申请了专利。但是直到八十年代后期,由于激光研究的长足进步,才使得激光共聚焦扫描显微技术(CLSM)成为了一种成熟的技术。 图3. 激光共聚焦显微镜原理框图 当今的激光共聚焦显微镜已经发展为一种结合了激光技术,显微光学,自动控制和图像处理等多种尖端科研成果的高技术工具。是现代微观研究领域不可缺少的利器之一。Nikon秉承“信赖与创造”的一贯企业理念,正在为业界提供世界领先水平的共聚焦显微镜系统产品。 包含各类专业文献、各类资格考试、中学教育、专业论文、幼儿教育、小学教育、外语学习资料、生活休闲娱乐、激光共聚焦显微镜的原理与应用范围39等内容。 
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