成蟲(chóng)(Pristina leidyi)在Flamingo #2上成像。由馬薩諸塞州伍茲霍爾海洋生物實(shí)驗(yàn)室的Duygu ?zpolat取樣。

光片顯微鏡：技術(shù)和優(yōu)勢(shì)

又稱為單平面照明顯微鏡(SPIM)的光片熒光顯微鏡(LSFM)中，照明與檢測(cè)是兩套相互垂直的獨(dú)立光學(xué)系統(tǒng)。用于照亮樣本的激光束沿單一方向聚焦并形成照亮樣本薄層的光片。然后，由物鏡捕獲并檢測(cè)在該平面上發(fā)出的熒光。

光片顯微鏡的基本原理

照明與觀察的分離帶來(lái)了兩大決定性的優(yōu)勢(shì)：

它使得“在實(shí)驗(yàn)前后”實(shí)質(zhì)上搭建顯微鏡成為可能。并非將樣本固定在顯微鏡載片與蓋玻片之間，而是將其浸入水凝膠中并放置在顯微鏡內(nèi)部的圓柱形樣本室中。其中的條件接近生理性條件，因此甚至可以從活體標(biāo)本進(jìn)行連續(xù)記錄。

使用LSFM，樣本的照射劑量非常低，從而大大降低了光毒作用。只有這樣，才能進(jìn)行長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)。

生物有機(jī)體圖像及發(fā)展過(guò)程的時(shí)間序列（圖片來(lái)自：Morgridge Institute for Research, Madison, WI）

樣本在顯微鏡下的運(yùn)動(dòng)

在光片顯微鏡中最常見(jiàn)的應(yīng)用之一是創(chuàng)建Z向堆疊，使用該Z向堆疊可以在三個(gè)維度上完整地描述樣本。為此，樣本沿Z向（即沿著物鏡的光軸）移動(dòng)。針對(duì)這一任務(wù)，PI向莫格里奇研究所的>> Huisken實(shí)驗(yàn)室的光片顯微鏡捐助了L-505型緊湊式線性平臺(tái)。這些非常緊湊的線性平臺(tái)配有折疊式動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、帶減速齒輪的直流電機(jī)、線性編碼器，且在±250納米的雙向重復(fù)精度下提供26毫米的行程。該平臺(tái)還具有由于滾珠絲杠而帶來(lái)的高剛度和導(dǎo)向精度。

旋轉(zhuǎn)樣本在某些場(chǎng)景下可能大有裨益。通常，研究人員希望能夠從正確的角度（側(cè)視圖、俯視圖等）對(duì)樣本成像，或者希望僅從特定角度對(duì)可見(jiàn)的器官（例如心臟）成像。旋轉(zhuǎn)的另一個(gè)重要應(yīng)用是從多個(gè)角度記錄z向堆疊的所謂多視角成像，例如 6個(gè)覆蓋360度的角度，然后融合每個(gè)數(shù)據(jù)集的有用部分以生成一個(gè)覆蓋整個(gè)樣本的3D圖像。這對(duì)于較大的樣本尤為有用，因?yàn)闃颖颈旧頃?huì)散射、折射并吸收光，從而影響樣本內(nèi)部深層結(jié)構(gòu)的照明和檢測(cè)質(zhì)量。因此，需使用多個(gè)角度來(lái)捕獲所有細(xì)節(jié)。

PI的U-628超聲波壓電電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái)支持樣本旋轉(zhuǎn)。該轉(zhuǎn)臺(tái)以最小51微弧度的步長(zhǎng)和±102微弧度的雙向重復(fù)精度提供高達(dá)720度/秒的快速移動(dòng)。

帶折疊式動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的L-505緊湊型線性平臺(tái)

超聲波壓電電機(jī)采用完全自主研發(fā)的工作原理，其基于PI自有的壓電產(chǎn)品并已得到PI客戶的認(rèn)可。這種工作原理支持非常短的響應(yīng)時(shí)間以及高精度的定位。

Flamingo LSFM：緊湊而模塊化的設(shè)計(jì)

Flamingo光片顯微鏡理念的特色之一是以緊湊套件的形式交付給用戶。為實(shí)現(xiàn)正常工作，必須滿足以下條件：系統(tǒng)應(yīng)非常堅(jiān)固、易于組裝且便于操作。解決方案：簡(jiǎn)單直接的設(shè)計(jì)，采用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)組件，占用空間小，成本盡可能低。這還允許采用不同的、針對(duì)特定應(yīng)用的設(shè)計(jì)：在T-SPIM設(shè)計(jì)中，從兩個(gè)相對(duì)的光學(xué)器件照射樣本，以實(shí)現(xiàn)更為均勻的照明。添加第二條檢測(cè)路徑即可實(shí)現(xiàn)X-SPIM設(shè)計(jì)。

Flamingo項(xiàng)目和隨之而來(lái)的顯微鏡由威斯康星州麥迪遜市>> 莫格里奇研究所的Jan Huisken及其團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建。PI是Flamingo項(xiàng)目的贊助商之一。

進(jìn)一步信息也可以在我們的 >> 博客文章中找到。

FLAMINGO的模塊化概念：右圖顯示了PI的線性和轉(zhuǎn)臺(tái)模塊（圖片來(lái)源：威斯康星州麥迪遜市莫格里奇研究所）

Morgridge研究所醫(yī)學(xué)工程主任Jan Huisken博士解釋了Flamingo光板熒光顯微項(xiàng)目的技術(shù)和理念，以及與PI的合作是如何產(chǎn)生的。