若需低成本快速搭建,可选用直接连接法(目镜或物镜连接相机);若追求高质量成像,推荐使用共聚焦显微镜、光片显微镜等先进系统,并需根据样本类型和实验目的调整参数、优化光路设计。以下是根据不同需求搭建显微系统成像方法的详细介绍:
一、低成本简易搭建方案
直接连接法
目镜连接:使用手机或普通数码相机在显微镜目镜后直接对焦拍摄。为提高稳定性,可购买显微镜望远镜万能支架辅助固定。
物镜连接:通过近摄接圈、转接环等配件将相机与显微镜物镜连接,实现更高倍率的成像。例如,使用有限远物镜时,需确保物镜到相机焦平面的距离符合标称值(如160mm),可通过近摄接圈或皮腔实现。
低成本智能数字式显微镜
光学系统设计:通过设计目镜支架、分光镜和物镜一体化支架、样品台和透视式光源支架,将光路中心固定在一条线上。使用CMOS传感器和目镜通过螺丝固定在目镜支架上,样品台和透视式光源支架通过螺丝固定在步进电机滑台模组上。
电子硬件集成:在底板上打孔,将步进电机滑台模组、树莓派等设备固定在底板上。两个相互垂直的步进电机滑台模组之间通过3D打印的转接板整合在一起,确保系统稳定运行。
软件功能设计:基于物联网技术,设计无线数据传输、自动对焦等自动化功能。网页即可实时显示和控制系统,无需下载特定手机应用程序。
二、高质量成像系统搭建方案
共聚焦显微镜
系统选择:根据实验需求选择正置或倒置共聚焦显微镜。正置显微镜适用于拍摄载玻片上的样本,倒置显微镜则更适合拍摄培养皿或活细胞的时间序列成像。
参数设置:设置合适的激光强度、曝光时间、增益值等参数,确保图像质量。避免过曝现象,可通过软件中的RangeIndicator模式判断是否过曝。
图像处理:使用专门的堆叠软件(如HeliconFocus、ZereneStacker等)对多张图像进行叠加处理,提高图像分辨率和清晰度。
光片显微镜
系统特点:光片显微镜具有光毒性小、成像速度快的特点,适合在动植物发育过程中进行长时程拍摄。它可容纳完整的器官及组织块,实现小动物组织块、器官及临床组织等样本的整体3D成像。
应用场景:
大尺寸器官、组织成像:如癌变器官或癌旁组织的完整性成像,对肿瘤微环境改变、免疫功能异常变化或药物治疗进行评估分析。
类器官、细胞球成像:配备水环境成像模块,搭配FEP管活体成像Kit及水镜,可对细胞团、类器官等小尺寸样品进行长时程3D拍摄。
模式生物成像:如斑马鱼胚胎初期和活体胚胎的成像,记录和观察胚胎发育不同阶段相关基因的表达及器官的分化情况。
超分辨显微镜
系统原理:超分辨显微镜通过突破光学衍射极限,实现更高分辨率的成像。它适用于观察样品的精细结构,如微生物细胞的结构细节、不同蛋白质的功能特性及不同蛋白间的相互作用规律。
系统选择:根据实验需求选择合适的超分辨显微镜类型,如STED显微镜、PALM显微镜或STORM显微镜等。
三、系统搭建与优化技巧
光路调整
聚光镜孔径光阑调整:正确调整聚光镜孔径光阑的大小,可提高成像的衬度。对染色的细胞和组织,孔径光阑是物镜数值孔径的75%左右;对未染色的细胞和组织,孔径光阑一定要小于物镜数值孔径。
物镜与玻片距离:掌握好不同放大倍数的物镜与玻片的大致距离很重要。在使用高倍物镜时,其物距的临界值在1mm左右,在临界值附近密切注视显微镜内视野变化,从而提高找到清晰物像的速度。
样本准备
盖玻片厚度:数值孔径较小的物镜成像质量很少受到盖玻片的影响,其影响程度随倍率提高而增加。40x物镜盖玻片厚度要求0.17mm,盖片过厚或过薄都会影响成像质量。
样本封片:样本在封片前需先通过荧光显微镜检查一下是否染色成功、样本是否混有杂质,确认操作无误后再行封片。
图像存储与处理
图像格式:优先保存显微镜厂家格式的数据文件,因为这个文件包含了拍摄时的参数信息,方便日后查阅和参考。如果需要进行图像分析和处理,建议导出成无损压缩的Tiff格式。
图像处理软件:使用专业的图像处理软件(如ImageJ、Fiji等)对图像进行进一步处理和分析,提取更多有用信息。