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共聚焦显微镜是一种强大的工具,可用于获取活细胞内结构的 3D 图像,并可视化细胞过程的动力学1。为了对活细胞内的荧光分子和结构进行高速成像,显微镜必须支持快速视场扫描并能消除离焦光平面的干扰荧光信号2。几种共聚焦显微成像技术可以去除焦外光平面信号2,这些技术近年来因其卓越的图像质量、相对易用性以及在不同研究领域的多种应用而越来越受欢迎。目前市面上的共聚焦显微镜主要是点扫共聚焦显微镜和转盘共聚焦显微镜。
共聚焦显微镜早在40多年前就已问世,并且光学设计、转盘技术和相机技术的进步推动了该技术的扩展和多功能性。点扫描共聚焦显微镜和转盘共聚焦显微镜使研究人员能够可视化活细胞内细胞器的三维图像,并记录细胞随时间发生的变化。
点扫描共聚焦显微镜仅允许相对较慢的图像采集速度3。单光束激光通常以每像素1微秒的速度扫描,这对于捕捉活细胞内复杂分子过程的动态、毫秒级事件来说太慢了3。尽管可以使用高数值孔径的物镜,从扫描光束焦点内的荧光团中只能获得大约1μm3的光,其荧光采集速度仍然十分有限4。
转盘技术的持续革新推动了转盘共聚焦显微镜的发展,它使得研究人员能够在更低的激光水平下工作,并凭借更低浓度的荧光团获得更准确的细胞生理学信息。荧光团在受到光照时会被激发,并且发光强度与入射激发光的强度成正比,但荧光团会在激发态中会停留较长时间。因此,随着时间的推移,基态荧光团会被耗尽。此时,即使增加激光强度也不能产生更多的信号,因为荧光团已经饱和,进而使得导致图像质量下降4。然而,降低激发光源的功率虽能改善图像质量,但会拖慢获得特定信噪比图像的速度4。
为了克服速度限制,德国物理学家Nipkow4提出了并行策略,即利用一排针孔或针孔阵列来同时成像。此方法最早是由。“Nipkow”转盘整体不透明,却布满了成千上万个针孔,这些针孔通常与微透镜一一对应,并以螺旋模式排列2。
当光通过系列针孔时,每个针孔都会被物镜精准地靶向样品上的一个微小的点上,样品在该点发出的荧光可以在通过针孔返回并被成像。转盘共聚焦显微镜实际上相当于数千台点扫共聚焦显微镜同时并行工作,这意味着样品的数千个点可以同时被照亮。这种并行策略避免了荧光团的饱和,并且可以使用更低浓度的荧光团。随着转盘以每分钟6000转的高速旋转,针孔之间的空间被填充,从而生成肉眼可见的实时共聚焦图像2。
ANDOR最近优化了转盘技术,开发了一个名为“Dragonfly”的强大转盘共聚焦成像平台。ANDOR的Dragonfly在Nipkow转盘技术的基础上进行了进一步的优化,以提供速度、灵敏度和分辨率的无与伦比的组合5。Dragonfly配备有由针孔转盘和微透镜转盘构成的双转盘,针孔转盘上的每个针孔都与微透镜转盘上的微透镜一一对应,以确保最大的光通量。激光与针孔之间的高效耦合,使得在低的激光功率下就可高速获得高质量共聚焦图像4。

Dragonfly在低激光功率下成像的优势显而易见,它能够更准确地反映细胞生理状态,减少光漂白和光毒性,并且对荧光团浓度的要求也更低。与点扫描共聚焦显微镜相比,Dragonfly更经济实惠,而与传统的转盘共聚焦相比,在速度和图像质量方面也更具优势。更重要的是,Dragonfly的成像速度至少比点扫描共聚焦显微镜快10-20倍,这极大地缩短了实验通量时间。高速成像使得Dragonfly能够更好地观察活细胞、更快地观察样本的三维堆栈中的大视野。关于“Dragonfly 3D高速转盘共聚焦成像平台”的详细介绍,可以在由ANDOR产品经理Geraint Wilde博士和爱丁堡大学Ann Wheeler博士共同主讲的网络研讨会中找到。
在生命科学研究领域,对实验结果的快速交付和高通量数据获取的需求日益增长。强大的Dragonfly提供了一个快速、灵敏且高分辨率的共聚焦成像新平台,适用于活细胞内分子、结构和动态事件的高通量、实时可视化。此外,Imaris软件还可以进一步对您的图像数据进行可视化和分析。
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