激光共聚焦显微镜分析技术共59页文档

激光扫描共聚焦显微镜技术Laser Scanning Confocal Microscope——基础篇李治国细胞的内在生活显微镜的发展史没有显微镜就不可能有细胞学诞生。

1590年，荷兰眼镜制造商J 和Z.Janssen 父子制作了第一台复式显微镜。

1665年，英国人Robert Hook首次描述了植物细胞(木栓，命名为cella 。

1680年，荷兰人A.van Leeuwenhoek成为皇家学会会员，他一生中制作了200多台显微镜和400多个镜头，用设计较好的显微镜观察了许多动植物的活细胞与原生动物。

Made by A.van Leeuwenhoek (1632-1723.Magnification ranges at 50-275x.显微镜的最重要参数——分辨力显微镜物象是否清楚不仅决定于放大倍数，还与显微镜的分辨力（resolution ）有关。

分辨率是指区分开两个质点间的最小距离各种显微镜的分辨能力光学显微镜（light microscopy）0.2μm电子显微镜 (Electro microscopy 0.2nm扫描遂道显微镜 (scanning tunneling microscope 0.2nm以下 1932年，德国人M.Knoll 和E.A.F.Ruska 发明电镜，1940年，美、德制造出分辨力为0.2nm 的商品电镜。

1981年，瑞士人G.Binnig 和H.RoherI 在IBM 苏黎世实验中心（Zurich Research Center）发明了扫描隧道显微镜而与电镜发明者Ruska 同获1986年度的诺贝尔物理学奖。

常用的光学显微镜（light microscopy普通光学显微镜暗视野显微镜相差显微镜偏光显微镜微分干涉显微镜荧光显微镜激光共焦扫描显微镜普通光学显微镜原理普通光学显微镜原理图1. 构成：①照明系统②光学放大系统③机械装置2. 原理：经物镜形成倒立实像，经目镜放大成虚像。

激光扫描共聚焦显微镜吴旭2008.10.14高级显微镜原理正置、倒置显微镜细胞遗传工作站活细胞工作站激光显微分离系统激光共聚焦显微镜概述激光扫描共聚焦显微镜（Laser scanning confocalmicroscope ，LSCM ）生物医学领域的主要应用通过一种或者多种荧光探针标记后，可对固定的组织或活体样本进行亚细胞水平结构功能研究高空间分辨率、非介入无损伤连续光学切片、三维图像、实时动态等细胞结构和功能的分析检测……Conventional fluorescence microscope Confocal microscope历史1957年，Marvin Minsky提出了共聚焦显微镜技术的某些基本原理，获得了美国的专利。

1967年，Egger 和Petran 成功地应用共聚焦显微镜产生了一个光学横断面。

1977年，Sheppard 和Wilson 首次描述了光与被照明物体的原子之间的非线性关系和激光扫描器的拉曼光谱学。

1984年，Biorad 为公司推出了世界第一台商品化的共聚焦显微镜，型号为SOM-100，扫描方式为台阶式扫描。

1986年MRC-500型改进为光束扫描，用作生物荧光显微镜的共聚焦系统。

Confocal microscopy comes of ageJG White & WB Amos. Nature 328, 183 -184 (09 July 1987Zeiss 、Leica 、Meridian 、OlympusZeiss LSM510 激光扫描共聚焦显微镜Zeiss LSM510 META 激光扫描共聚焦显微镜Zeiss LSM510 META 激光扫描共聚焦显微镜Nikon A1R 激光扫描共聚焦显微镜Prairie UltimaIV 活体双光子显微镜国家光电实验室（武汉）自制随机定位双光子显微镜Leica TCS SP5 激光共聚焦扫描显微镜基本原理相差、DIC 常用荧光标记共聚焦原理Two ways to obtain contrast in light microscopy. The stained portions of the cell in(A reduce the amplitude of light waves of particular wavelengths passing through them.A colored image of the cell is thereby obtained that is visible in the ordinary way. Light passing through the unstained, living cell (B undergoes very little change in amplitude, and the structural details cannot be seen even if the image is highly magnified. The phase of the light, however, is altered by its passage through the cell, and small phase differences can be made visible by exploiting interference effects using a phase-contrast or a differential-interference-contrast microscope.D. Phase-contrast or adifferential-interference-contrast microscopeFour types of light microscopy. (A The image of a fibroblast in culture obtained by the simple transmission of light through the cell, atechnique known as bright-field microscopy.The other images were obtained by techniques discussed in the text: (B phase-contrast microscopy, (C Nomarski differential-interference-contrast microscopy, and (D dark-field microscopy.常用荧光探针Proteins Nucleic Acids DNA Ions pH Sensitive Indicators Oxidation States Specific Organelles荧光显微镜原理明场：透射荧光：落射落射的优点：物镜的聚光镜作用使视场均匀，发射光强度高。

激光共聚焦显微镜分析技术
精确
激光共聚焦显微镜（LSCM）是一种用于观察小型生物样品的先进显微技术，它可以在不损坏样品的情况下实现高分辨率图像。

激光共聚焦显微镜的工作原理是将激光束通过多个激光器，焦距变换棱镜，准直镜和口径镜而将激光束聚至样品上。

激光共聚焦显微镜可以实现多维成像，形成三维立体图像，从而使细胞学家可以清楚地观察到一个单细胞内的复杂结构和特性。

LSCM系统组成
激光共聚焦显微镜（LSCM）由显微镜和激光源组成。

显微镜由立方体成像系统，透镜，棱镜，口径镜和准直镜组成。

立方体成像系统可以分辨和叠加激光束并将其导向棱镜,准直镜，口径镜和样品的组合。

立方体成像系统中的激光束可以发生变化和移动，从而更改样品的位置，聚焦位置和整个显微镜系统的焦距。

准直镜，棱镜和口径镜也可以更改激光束的衍射和偏折，以更改激光束的形状。

准直镜，棱镜和口径镜也可以调节激光束的强度，以调节显微图像的亮度。

激光源。

激光共聚焦扫描显微镜技术一、简介激光共聚焦扫描显微镜在普通光镜基础上引入共聚焦装置，该装置能够排除非焦平面及焦平面非焦点光斑信息，大大提高分辨率和图象清晰度。

在此基础上，由于计算机及相应的软件技术组合，可以对较厚样品进行连续光学切片及三维重建。

目前，激光共聚焦显微镜（LSCM）技术已广泛应用于生物医学领域。

本文对LSCM的应用原理、较普通光镜的优点及生物学应用做简单介绍。

激光共聚焦扫描显微镜是随着光学、视频、计算机等技术的迅速发展而诞生的一种高科技产品。

其组成除光学显微镜部分之外主要由激光光源、扫描装置、检测器、计算机系统（包括数据采集，处理，转换，应用软件）、图象输出设备、光学装置和共聚焦系统组成。

在生物医学等研究领域中发挥重要作用，尤其在研究和分析活细胞结构、分子、离子的实时动态变化过程，组织和细胞的光学连续切片和三维重建等方面，是传统的光学显微镜所望尘莫及的。

二、 L SCM的主要组成部分及工作原理：illuminating pinhole:照明针孔功能：使激光经过照明针孔后形成点光源，点光源具有光源方向性强、发散小、亮度高、高度的空间和时间相干性以及平面偏振激发等独特的优点。

且与detector pinhole(探测器针孔)及焦平面形成共聚焦装置。

beamsplitter:光束分离器功能：将样品激发荧光与其他非信号光线分开。

Objective:物镜Focal plane:焦平面功能：激光点光源照射物体在焦平面处聚焦，激发荧光标记的样本发射荧光，形成焦点光斑。

该光斑经过objective,beamsplitter等一系列装置的处理，分别在illuminating pinhole及detector pinhole两处聚焦。

共聚焦的含义由此而来。

detector pinhole:探测器针孔功能：与beamsplitter作用类似，起到空间滤波器的作用。

最大限度的阻碍非聚焦平面散射光和聚焦平面上非焦点斑以外的散射光，以保证探测器针孔所接受到的荧光信号全部来自于样品光斑焦点位置，因此样品上衍射聚集光斑和探测器针孔成像光斑包含相同信息（两点共轭）。

激光共聚焦显微镜分析技术激光共聚焦显微镜（Laser Scanning Confocal Microscopy，LSCM）是一种高分辨率的荧光显微镜技术，可以在细胞和组织水平上观察和研究样本的三维结构和功能。

其原理是利用激光束经过一组物镜后，聚焦于样本的一个点上，再通过探测器收集经过样本的反射或荧光信号，然后通过扫描样本的X、Y和Z轴移动，以获取图像的二维和三维信息。

1.高分辨率：激光共聚焦显微镜使用激光束的聚焦原理，可以获得比传统显微镜更高的分辨率。

它可以减少标记物质的模糊和混叠现象，提供更清晰、更详细的图像。

2.3D成像能力：激光共聚焦显微镜可以获取堆叠图像，从而构建三维结构。

通过扫描样本的Z轴，可以获得不同深度的切片图像，再通过软件进行堆叠和重建，得到三维结构信息。

3.实时观察：激光共聚焦显微镜可以实时观察和记录样本的变化过程。

通过快速的扫描速度和高灵敏度的探测器，可以实现对细胞和组织的实时观察，并捕捉瞬间变化的图像。

4.荧光标记：激光共聚焦显微镜可以应用于荧光标记技术，通过使用特定的荧光染料或标记抗体，可以观察和定位特定蛋白质、细胞器和细胞分子的位置和表达水平。

激光共聚焦显微镜分析技术广泛应用于细胞生物学、生物医学研究、药物发现、神经科学等领域。

它可以提供高分辨率的图像和三维结构信息，帮助研究人员深入理解生物学过程和细胞功能。

以下是几个应用激光共聚焦显微镜的案例：1.细胞和组织成像：激光共聚焦显微镜可以观察和分析细胞和组织的形态、结构和功能。

它可以用于观察细胞分裂、细胞移动、细胞器的定位和交互作用等细胞过程的研究。

2.荧光探针研究：激光共聚焦显微镜可以与特定的荧光染料或标记抗体结合使用，用于研究特定蛋白质或细胞分子的位置和表达水平。

通过荧光标记技术，可以观察和定位蛋白质在细胞内的位置和亚细胞结构。

3.三维结构重建：激光共聚焦显微镜可以通过扫描样本的Z轴，获得不同深度的切片图像，并通过软件进行三维堆叠和重建。