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近代显微成像技术的研究进展与应用狄伶【摘要】The development of microscope imaging technology was introduced, and the imaging principle and application of fluorescence microscopy, confocal microscopy and super-resolution microscopy were outlined. The technology of stimulated emission depletion (STED) was clarified in the super-resolution microscopy. With the rapid development of computer technology and photo-electricity technology, a new generation of microscopy of living cells is developed, and cells tracking, real-time observation, 3D reconstruction, fluorescence quantification and four-dimensional dynamic analysis can be carried out at molecular and ion levels.%本文简述显微成像技术的发展历史,介绍荧光成像、共聚焦显微成像和超分辨显微成像技术的工作原理及应用.超分辨显微成像技术中主要介绍受激发射损耗技术.随着计算机技术和光电技术的飞速发展,新一代显微成像技术对活细胞微观生命活动实现了分子和离子水平的形态定位、实时动态观察、三维结构重组、荧光定量分析和四维动态分析.【期刊名称】《中国医疗设备》【年(卷),期】2018(033)002【总页数】4页(P107-110)【关键词】显微成像技术;共聚焦显微镜;受激发射损耗;超分辨显微成像技术【作者】狄伶【作者单位】上海交通大学分析测试中心,上海 200240【正文语种】中文【中图分类】TH74引言显微成像技术是一种借助物理方法观察微小物体的技术手段，它的发展与物理学领域对光的认识密不可分。
实验二荧光显微镜的基本使用方法荧光显微术是在细胞或组织水平上对生物大分子进行定位和动态观察的最常用的实验方法。
它广泛地应用于核酸、蛋白质、细胞器、细胞骨架、激素、离子等多种细胞结构或物质的定位和功能分析。
很多生命科学的研究工作都需要频繁地使用荧光显微镜。
比如，采用荧光探针的原位分子杂交用于确定某个基因在组织中的表达或在染色体上的定位（Polak et al. 1999; Andreeff and Wiley-Liss 1999），绿色荧光蛋白基因（gfp）用于了解某个基因产物在组织和细胞中的特异性分布（Chalfie et al. 1994; Haseloff and Amos 1995）等等。
然而，在我们接触的一些低年级研究生中，一些同学并没有很好地掌握荧光显微镜的基本原理和使用方法。
他们拍摄的荧光显微照片往往不能满足国际性高水平学术刊物的要求。
这种状况既不利于科研效率的提高，也限制了研究成果的发表。
因此，了解荧光显微术中的一些基本原理和注意事项、掌握荧光显微镜的基本使用方法是非常重要和有意义的。
本实验讲解荧光显微镜的基本结构和使用方法。
要求学生通过细胞核、细胞质DNA的荧光显微显示以及转绿色荧光蛋白基因拟南芥根、茎、叶细胞的观察掌握荧光显微术的基本原理和注意事项，熟练掌握荧光显微镜的使用方法。
实验目的：1. 了解荧光显微镜的基本结构；2. 掌握荧光显微术的基本原理和注意事项；3. 掌握核酸的荧光显示技术，直观地认识细胞质DNA的存在；4. 了解绿色荧光蛋白（GFP）在蛋白质定位等研究中的应用，直观地认识GFP的荧光显微效果。
实验内容：1.荧光显微镜的基本原理和结构荧光显微镜的放大成像原理与普通透射光显微镜完全相同。
不同的是荧光显微镜需要另外的激发光光源和光路。
因此，只要加上激发光光源和光路，再换上允许激发光通过的目镜（荧光显微镜的目镜在透镜玻璃的材质上与普通透射光显微镜不同），一台普通的透射光显微镜就可以被升级成一台荧光显微镜了。
显微摄影实验【实验目的】1.了解显微摄影的基本原理和三种常见的摄影方法。
2.掌握显微摄影的基本操作技术。
3.学习传统的相片冲洗的一般过程。
4.学习利用数码相机拍摄显微数码相片的方法与技巧。
【实验仪器】1.XTL 3400型连续变倍体视显微镜一台；2.ZA-1型摄影仪、生物接筒各一台；3.暗盒每人一个（注：已安装了相纸，不能随意打开）；4.标本载玻片一片；秒表一只；快门线一条；暗房相片冲洗设备一套；5.Nikon Coolpix 4500型数码相机一台（选做内容）；6.显微专用连接镜头一个（选做内容）；7.数码相机电源适配器一个；数码相机USB传输线一条（选做内容）；8.Pentium Ⅳ计算机；打印机各一台（选做内容）。
【实验原理】显微摄影是把显微镜的物镜和目镜所组成的光学成像系统作为照相机的镜头去拍摄一般用肉眼无法看清的标本。
这种对微小物体“放大录像”，可直接为教学，科研提供方便。
根据显微镜的结构可知：当被观察的标本(AB)放在物镜前焦点稍外一点的位置时，将在目镜前焦点内侧且靠近焦点的位置处形成一个放大倒立的实像(A1B1)，这时再通过目镜（这时的作用象普通放大镜）就可看到一个放大倒立的虚像(A2B2)。
如图8-1所示。
这就是一般显微镜的成像原理。
如果调节物镜成像的位置(可使标本适当远离物镜或升高目镜，即增大目镜与物镜间的距离，使中间成像介于目镜的一倍焦距与两倍焦距之间)，使物镜所成的像位于目镜前焦点的外侧，此像再经过目镜放大，即可在目镜的另一侧得到一个经二次放大的正立实像，如图8-2所示。
当光源足够强时，此像可使底片或相纸感光，或者使数码相机、摄像机的CCD光电元件感光成像，这就是显微摄影的原理。
将一个特制的摄取影仪装在普通显微镜上方，即可进行显微摄影。
其整个实验装置如图8-3所示。
由三部分组成 (1)XTL3400型连续变倍体视显微镜；(2)生物接筒；(3)ZA-—1显微摄影仪。
生物接筒是显微镜和摄影仪的连接装置，内装有目镜(安装接筒时，己将显微镜原目镜拆除)。
实验一光学显微镜的使用与微生物观察第一节普通光学显微镜的使用一、实验目的1、了解普通光学显微镜的基本构造和工作原理。
2、学习并掌握普通光学显微镜，重点是油镜的使用技术和维护知识。
3、在油镜下观察微生物的几种基本形态。
二、基本原理（一）普通光学显微镜的构造普通光学显微镜由机械系统和光学系统两部分组成（图1-1）。
1、机械系统机械系统包括镜座、镜臂、镜筒、物镜转换器、载物台、调节器等。
（1）镜座：它是显微镜的基座，可使显微镜平稳地放置在平台上。
（2）镜臂：用以支持镜筒，也是移动显微镜时手握的部位。
（3）镜筒：它是连接接目镜（简称目镜）和接物镜（简称物镜）的金属圆筒。
镜筒上端插入目镜，下端与物镜转换器相接。
镜筒长度一般固定，通常是160mm。
有些显微镜的镜筒长度可以调节。
（4）物镜转换器：它是一个用于安装物镜的圆盘，位于镜筒下端，其上装有3～5个不同放大倍数的物镜。
为了使用方便，物镜一般按由低倍到高倍的顺序安装。
转动物镜转换器可以选用合适的物镜。
转换物镜时，必须用手旋转圆盘，切勿用手推动物镜，以免松脱物镜而招致损坏。
（5）载物台：载物台又称镜台，是放置标本的地方，呈方形或圆形。
载物台上装有压片夹，可以固定被检标本；有标本移动器，转动螺旋可以使标本前后和左右移动。
有些标本移动器上刻有标尺，可指示标本的位置，便于重复观察。
（6）调节器：调节器又称调焦装置，由粗调螺旋和细调螺旋组成，用于调节物镜与标本间的距离，使物像更清晰。
粗调螺旋转动一圈可使镜筒升降约10mm，细调螺旋转动一圈可使镜筒升降约0.1mm。
图1-1 普通光学显微镜的构造1. 镜座2. 镜臂3. 镜筒4. 转换器5. 载物台6. 压片夹7. 标本移动器8. 粗调螺旋9. 细调螺旋10. 目镜11. 物镜12. 虹彩光阑（光圈）13. 聚光器14. 反光镜2、光学系统光学系统包括目镜、物镜、聚光器、反光镜等。
（1）目镜：它的功能是把物镜放大的物像再次放大。
细胞成像技术的原理和应用随着现代医疗技术的发展，越来越多的科学家们开始利用细胞成像技术来研究细胞的生命过程并有效地治疗疾病。
细胞成像技术是一种代表未来科技发展趋势的高端技术，具有迅速成为研究热点的潜力。
I. 细胞成像技术的原理细胞成像技术是一种通过高先进的显微镜来观察和记录细胞的生物学过程的技术。
其原理是将活细胞的分子、结构和生理状态影像化，通过数字化记录和处理，得到细胞系统的三维动态结构。
1. 光学显微成像光学显微成像是细胞成像技术的基础。
它利用显微镜把样本放大到可以直接观察的数量级，并且可通过染色和标记技术显现某些特定种类的细胞结构或功能。
2. 荧光成像荧光成像利用荧光染料对细胞进行标记，可获得高分辨率细胞形态图像或观察特定细胞趋化或动力学微观现象，是细胞成像技术的一个重要分支。
3. 电子显微成像电子显微成像利用电子束代替光束来达到高度增强的信号和分辨率表达。
其稳定而高保真的成像质量，极大地推进了细胞学的深入研究。
II. 细胞成像技术的应用细胞成像技术在生物学、医学和制药学等领域中有着广泛的应用。
1. 生理学和毒理学细胞成像技术可以研究细胞的生理功能，如细胞增殖、分化、凋亡和运动。
在毒理学中，可比较分析正常细胞与受毒物影响后细胞的生理功能是否受影响。
在一些疾病的诊断、治疗和研究中亦有广泛应用。
2. 细胞遗传学现代细胞成像技术可以帮助科学家们观察细胞染色体和分子之间的相互作用，为研究细胞遗传学和基因编辑提供了非常强有力的工具。
3. 制药学制药学中的细胞成像技术可以帮助研究员更全面、准确地了解药物和化合物对细胞的影响，从而筛选出更有可能成为候选药物的药物分子。
四. 细胞成像技术的期望细胞成像技术作为一种新型技术，已经取得了很多令人瞩目的成果。
未来，随着科技的不断进步和发展，这项技术将进一步完善和创新。
预期它可以实现细胞系统的同时影像化，探明细胞系统之间的相互作用和关系，包括小药小分子作用于活细胞系统的动态反应等，从而有助于提高细胞治疗和药物研发的效率和精准度。
显微镜的正确调试和使用在了解了显微镜各主要部件的名称、构造和功能之后，为了更好地发挥显微镜的各种功能，提高工作效率，保证在显微观察及显微照像过程中取得最佳效果，使用人员必须了解和掌握显微镜正确的调试方法和使用方法。
尤其在新一代显微镜中，具备了多种功能，能进行多种显微镜检方法观察，正确的试调方法和使用方法就显得尤为重要。
下面以Axioplan万能研究显微镜为例，简述调试及使用方法。
1. 显微镜照明光路系统的调整为了使显微镜的视野能受到均匀而又充分的照明，在显微镜初次安装和调试时，就必须把照明光路系统调整好，这是正确使用显微镜，并获得正确、可*结果的重要手段和最基本的要求。
此外，正确掌握照明光路系统的调整，是使用显微镜过程中更换光源灯泡后所必经的步骤，也是在日常使用过程中不时地检验显微镜性能的必要手段。
显微镜照明光路系统的调整主要有以下4项内容： (1) 照明光源灯室在显微外的初步调整① 首先将灯室的外壳打开，压弹簧夹子将卤素灯泡装入插座中，安装时避免手指直接接触灯泡（可用柔软的布或纸隔住），以免灯泡上留有指纹等脏物，影响灯泡的使用寿命。
② 把灯室摆在桌面上，接通电源后，用专用的螺丝刀调节灯的调焦旋钮孔（标有“←→”），使灯丝投影在1-2m外的墙上，将灯丝成像调至清晰；然后调节灯的高低位置调节丝孔（标有“──”），使灯丝位置高低适当；再调节灯的左右位置调节螺丝孔（标有“──”），使灯丝左右位置合适。
(2) 光源发光体（灯丝）在显微镜内位置的检验和校正目的是为了把发光体的像端端正正地调入物镜的视域范围内，从光源的角度去确保显微镜的视域受到充分而均匀的照明，这是调整库勒照明系统的前提条件。
需要的基本工具：对中望远镜购置显微镜时已配备。
① 拔掉灯库内的毛玻璃套筒，把灯室装回显微镜上；② 选用10×物镜，开亮光源程序找样品并调焦清晰，再换用40×物镜把样品调焦清晰（40×物镜可以看清灯丝的全貌）；③ 把聚光镜的孔径光阑和视场光阑均开到最大；④ 拔掉其中一个目镜，换上对中望远镜，抓住白色部分，另一手伸缩黑色接目镜，就可在视野中看到灯丝像；⑤ 如灯丝位置不合适，调“──”孔，把灯丝像沿水平方向调好，调“──”孔，把丝像沿垂直方向调好，直至将灯丝像调至刚好充满物镜孔径的光圆像；⑥ 调整完毕后，将毛玻璃套筒插回原位，拔掉对中望远镜，换回目镜作下一步调整。
