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

光片顯微鏡：技術(shù)和優(yōu)勢

又稱為單平面照明顯微鏡(SPIM)的光片熒光顯微鏡(LSFM)中，照明與檢測是兩套相互垂直的獨立光學系統(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了兩大決定性的優(yōu)勢：

它使得“在實驗前后”實質(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本進行連續(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，才能進行長期實驗。

生物有機體圖像及發(fā)展過程的時間序列（圖片來自：Morgridge Institute for Research, Madison, WI）

樣本在顯微鏡下的運動

在光片顯微鏡中最常見的應用之一是創(chuàng)建Z向堆疊，使用該Z向堆疊可以在三個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。針對這一任務，PI向莫格里奇研究所的>> Huisken實驗室的光片顯微鏡捐助了L-505型緊湊式線性平臺。這些非常緊湊的線性平臺配有折疊式動力傳動系統(tǒng)、帶減速齒輪的直流電機、線性編碼器，且在±250納米的雙向重復精度下提供26毫米的行程。該平臺還具有由于滾珠絲杠而帶來的高剛度和導向精度。

旋轉(zhuǎn)樣本在某些場景下可能大有裨益。通常，研究人員希望能夠從正確的角度（側(cè)視圖、俯視圖等）對樣本成像，或者希望僅從特定角度對可見的器官（例如心臟）成像。旋轉(zhuǎn)的另一個重要應用是從多個角度記錄z向堆疊的所謂多視角成像，例如 6個覆蓋360度的角度，然后融合每個數(shù)據(jù)集的有用部分以生成一個覆蓋整個樣本的3D圖像。這對于較大的樣本尤為有用，因為樣本本身會散射、折射并吸收光，從而影響樣本內(nèi)部深層結(jié)構(gòu)的照明和檢測質(zhì)量。因此，需使用多個角度來捕獲所有細節(jié)。

PI的U-628超聲波壓電電機驅(qū)動的轉(zhuǎn)臺支持樣本旋轉(zhuǎn)。該轉(zhuǎn)臺以最小51微弧度的步長和±102微弧度的雙向重復精度提供高達720度/秒的快速移動。

帶折疊式動力傳動系統(tǒng)的L-505緊湊型線性平臺

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

Flamingo LSFM：緊湊而模塊化的設計

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。為實現(xiàn)正常工作，必須滿足以下條件：系統(tǒng)應非常堅固、易于組裝且便于操作。解決方案：簡單直接的設計，采用經(jīng)過驗證的標準組件，占用空間小，成本盡可能低。這還允許采用不同的、針對特定應用的設計：在T-SPIM設計中，從兩個相對的光學器件照射樣本，以實現(xiàn)更為均勻的照明。添加第二條檢測路徑即可實現(xiàn)X-SPIM設計。

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

進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)臺模塊（圖片來源：威斯康星州麥迪遜市莫格里奇研究所）

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