激光扫描共聚焦显微镜在生命科学中的应用

激光扫描共聚焦显微镜在生命科学中的应用

实验目的与要求

1. 掌握激光扫描共聚焦显微镜的成像基本原理及其在生命科学中的应用。

一、激光扫描共聚焦显微镜的成像基本原理

1.普通荧光显微镜的不足

使用荧光物质标记细胞中的特定成分或结构，不仅图像与对比度增强，而且由于许多荧光显微镜的光源使用短波长的紫外光，大大提高了分辩率（δ=0.61 λ/

NA

）。但当所观察的荧光标本稍厚时，普通荧光显微镜不仅接收焦平面上的光量，而且来自焦平面上方或下方的散射荧光也被物镜接收，这些来自焦平面以外的荧光使观察到的图像反差和分辨率大大降低（即焦平面以外的荧光结构模糊、发虚，原因是大多数生物学标本是层次区别的重叠结构）。

Laser Scanning Confocal Microscope

2. 共聚焦扫描显微镜的成像原理

采用点光源照射标本，在焦平面上形成一个轮廓分明的小的光点，该点被照射后发出的荧光被物镜收集，并沿原照射光路回送到由双向色镜构成的分光器。分光器将荧光直接送到探测器。光源和探测器前方都各有一个针孔，分别称为照明针孔和探测针孔。两者的几何尺寸一致，约100-200nm；相对于焦平面上的光点，两者是共轭的，即光点通过一系列的透镜，最终可同时聚焦于照明针孔和探测针孔。这样，来自焦平面的光，可以会聚在探测孔范围之内，而来自焦平面上方或下方的散射光都被挡在探测孔之外而不能成像。以激光逐点扫描样品，探测针孔后的光电倍增管也逐点获得对应光点的共聚焦图像，转为数字信号传输至计算机，最终在屏幕上聚合成清晰的整个焦平面的共聚焦图像。

Confocal Principle

每一幅焦平面图像实际上是标本的光学横切面，这个光学横短面总是有一定厚度的，又称为光学薄片。由于焦点处的光强远大于非焦点处的光强，而且非焦平面光被针孔滤去，因此共聚焦系统的景深近似为零，沿Z轴方向的扫描可以实现光学断层扫描，形成待观察样品聚焦光斑处二维的光学切片。把X-Y平面（焦平面）扫描与Z轴（光轴）扫描相结合，通过累加连续层次的二维图像，经过专门的计算机软件处理，可以获得样品的三维图像。

LSCM的基本特点

观察方式：以荧光为主

光源：激光（紫外、可见光、近红外）

照明方式：点照明、逐点扫描

成像方式：共聚焦、逐点成像

输出：实时观测,数字化图像，可以进行图像处理和定量分析多重染色样品的观察

3. 共聚焦扫描显微镜在生命科学研究中的应用

细胞结构、蛋白质（如受体、抗原、抗体、酶、细胞

骨架蛋白等基因表达产物）、DNA、RNA等

细胞膜流动性（荧光光漂白恢复技术）

细胞内氧自由基活性

细胞内钙离子浓度变化

膜电位

三、试剂与器材

青蛙

冷丙酮、 DAPI 、甘油/PBS封片剂、滤纸、吸管、载玻片、盖玻片激光扫描共聚焦显微镜

四、实验步骤

1.取涂有细胞的载玻片（细胞涂在中间），冷丙酮40C固定10min;

2.PBS漂洗2次，每次3 min;

3.滴加DAPI溶液100 ul室温孵育30 min;

4.PBS漂洗3次，每次5min;

5.滴一小滴甘油/PBS封片剂(pH8.5，PBS:甘油=1:9，v/v)封片;

6.激光扫描共聚焦显微镜观察。

五、注意事项

注意染色时间

注意避光