学术干货共聚焦显微镜中荧光团的共定位

学术干货共聚焦显微镜中荧光团的共定位
学术干货共聚焦显微镜中荧光团的共定位

学术干货:共聚焦显微镜中荧光团的共定位

在多标荧光样品图像中,因两个或多个荧光团在显微结构中距离很近,经常会有发射信号叠加,这种效应就称为共定位。目前,高特异性合成荧光团和经典免疫荧光技术的应用、精密光切技术的应用、共聚焦和多光子显微镜提供的数字图像处理技术等大大提高了生物样品中共定位检测的能力。

图1

共定位在生物表述上是这样定义的:两个或多个不同的分子位于样品上同一个物理位置。对显微镜中看到的组织切片、单个细胞或亚细胞器官,共定位意味着不同的分子连接到同一个受体上;在数字图像方面,这个术语指的是不同荧光分子发射的颜色分享图像中的同一个像素。在共聚焦显微镜中,样品被记录成含有很多像元的多维阵列数字图像,每个像元代表一个三维像素。像元的尺寸(或检测单元)由物镜的数值孔径、照明波长以及共焦检测针孔直径等决定。因此,在一个样品中两个荧光探针的共定位,

比如发绿光的Alexa Fluor488,发橘红色光的Cy3,在图像中就是由含有红色和绿色两者贡献的像素表示(经常产生各种各样的橘色和黄色)。

举一个例子,图 1 的一系列图表明了骨骼肌动蛋白和黏着斑蛋白侧向光学平面上的共定位(激光扫描共聚焦显微镜中的XY 面)。这些共定位点可作为肌动蛋白丝的成核位点,也可作为外部介质、质膜和肌动蛋白骨架之间的交联剂。图1(a)是Alexa Fluor 568 通道(目标对象是黏着斑蛋白),由543nm 的氦氖激光器激发;而Figure1(b)是Alexa Fluor488 通道(目标对象是丝状肌动蛋白),由488nm 的氩离子激光器激发;Figure1(c)是前面两幅图的叠加,表明两种荧光信号在丝状肌动蛋白纤维末端的共定位。必须指出的是,共定位并不指的是具有相似发射光谱的荧光团出现在合成图像的同一个像素上。准确的共定位分析只有在荧光团的荧光发射光谱足够分离且滤色片(或光谱狭缝宽度)正确设置的情况下才有可能。荧光团发射光谱之间的大量叠加或滤色片组合的不正确使用,都可能导致光谱串色,这种情况下共定位的测量就没有意义。为了避免产生共定位假象,荧光团必须与照明光源的光谱认真匹配(共聚焦中是激光线),来获得最大激发效率,同时在发射光谱之间保持一定的分离度。在大多数情况下,对共定位分析来说,荧光团的选择对获得满意结果极为重要。

在图2 中,对Alexa Fluor 染料家族的光谱叠加作了比较,这在共定位实验中是很有用的。为了比较,所有的发射光谱都做了归一化,叠加区域用灰色阴影显示。在图2(a) 中,绿色荧光染料Alexa Fluor 488 和橙黄

色荧光染料Alexa Fluor 555 在峰波长处显示很明显的分离,人眼也很容易能够区分。然而,光谱叠加(灰色阴影区域)表明在Alexa Fluor 555 的发射峰上很明显有Alexa Fluor488 的发射光谱(用一条黑线标示,从发射峰到横坐标)。当Alexa Fluor 488 的荧光发射强度明显比Alexa Fluor 555 的荧光发射强时,荧光信号这么高程度的串色使得荧光探针的分离很难。很多因素都会导致这种情况发生,比如荧光团标的物浓度的巨大差异。因此,在共定位实验中,这些探针的组合就应该避免,或只有当图像在多通道共焦模式采集下才可以使用,这样可以降低或消除串色。

图2

Alexa Fluor 探针之间的光谱叠加程度会随着探针发射峰之间的距离增加而下降,如Figure2(b)所示。在这种情况下,Alexa Fluor 488 和深红色染料Alexa Fluor 633 与Figure2 (a)比较,重叠区域明显降低。这两种染料人眼都很容易区分,光谱重叠程度低在共定位实验中可使串色最小化,

如每个探针的浓度相似的话,应该可以产生较好的结果(注意:深红色的荧光染料Alexa Fluor 633 在低浓度时通过显微镜目镜很难观察到)。Alexa Fluor 633 可被红色氦氖激光器的633nm 线最有效的激发,也可被黄色氦氖激光器的594nm 激发。或许,在Alexa Fluor染料发射的可见光区域,最好的光谱分离是Alexa Fluor 488和Alexa Fluor 647 的结合(图中未显示)。实际上,在这些染料之间没有光谱重叠,即使样品含有过量的Alexa Fluor 488,应该也没有串色。具有这些特点的荧光探针是共聚焦显微镜分析共定位的理想选择。

在共聚焦显微镜中,测定共定位的能力受限于光学系统的分辨率及用于照明样品的入射光波长。宽场荧光和共聚焦显微镜理论分辨率约为200nm,但在实际上,由于各种原因这个数降到400nm 和600nm 之间,原因包括显微镜光路未完全对准、光学折射率波动、光学像差及样品制备的不合适。然而,对于一个已经完全调好的共聚焦显微镜来说,两个荧光分子是否连接到同一个目标对象上,或者它们是否定位在同一个器官上受光学分辨率影响。共定位的许多实验是围绕高特异性的合成探针和抗体进行的,标记目标是容易区分的局部的、明确的细胞结构。

对于厚度小于5μm的样品,比如贴壁细胞或很薄的组织切片,在常规的宽场荧光显微镜下,定量的共定位分析一般是可以的。然而,对于厚样品,图像应以具有一定轴向尺寸的光学切片来记录,来分析看起来共定位的荧光团是否真正位于同一个侧向焦平面上,或在Z 轴上他们是否彼此叠加。厚样品的荧光团共定位分析应通过获得薄的光学切片来进行,可用激光扫

描共聚焦显微镜、或转盘共聚焦显微镜或多光子显微镜。多光子显微镜经常用单个近红外激光,在物镜焦点处的特定区域激发双标样品的两个荧光团。这些技术将荧光发射局限在仅位于焦平面上的荧光团,这样大大降低了光漂白和背景噪音。

共定位的软件分析

样品中荧光团共定位的程度是通过比较一幅图上每个像素位置的颜色值测定的。分析的第一步就是要显示进行共定位测量的图,一般以两个独立通道的合成图显示。当分析多标样品时,在一次计算中,只能处理两种伪彩,但所有伪彩排列之后都可以配对用于共定位分析。由于传统上使用氩离子激光器、氪-氩离子激光器及氦氖激光器,这些激光器能够有效地激发在蓝色和绿色区域有强烈吸收的荧光团,因此选择红绿颜色对作为共聚焦荧光颜色。此外,人眼对绿色和红色色调更为敏感。

图像的共定位分析一般经常用散点图表示(scatterplot),这个图将两套数据关联起来。散点图以二维图的形式描述了一幅图或一个感兴趣区域每个像素处一个通道对另一个通道的强度值(见图 3 和图4)。作图时其中一个通道(通常是绿色)作为x 轴,而另一个通道(通常是红色)作图时作为y 轴,在横坐。标和纵坐标上强度范围是0~4095. 因此,合成图的每个像素点都有一对强度值。分析每一对强度值产生的分布图案,能够识别荧光团的共定位、区分背景、串色、光漂白等。

图3

图3 描述了共聚焦的三个合成图(伪彩为红色和绿色),以及对应的散点图,三个样品荧光团共定位的程度不同。每个通道中强度很低的像素位于靠近散点图的(0,0)处,而越亮的像素分散得越远。在连接红色通道和绿色通道的散点图中,纯的红色和绿色的像素点往往会团聚在轴位置。而共定位的像素(如果有的话)看起来是彩色的,具有黄色和橙色的色调(取决于共定位的程度),落在y=x位置附近,也就是散点图的右上角。

图3a 显示的样品为鼠脑冠状位海马切片,用Alexa Fluor488 标记神经纤维,Alexa Fluor568 标记神经胶质原纤维酸性蛋白,GFAP。在图3b

中,印度麂鹿皮肤成纤维细胞用Alexa Fluor568 染色,标记对象是黏着

斑蛋白,同时用Alexa Fluor488 与鬼笔环肽作用,标记对象是纤维状的

肌动蛋白。而表达了荧光蛋白DsRed和EYFP 的兔肾上皮细胞,定位在核上,在图3c 中描述。相关的散点图直接位于样品图像的面,例如图3d 是图3a 的散点图,两个通道共定位的程度在每个散点图的左下角用白色字母和数字表示。图3a 共定位程度相对较小(只有百分之几),在图3b 和图3c 中共定位程度逐渐增加,共定位系数分别是30%和85%。

共聚焦显微镜及配件制造商提供的软件可对荧光团共定位进行散点图分析。图4 显示了一系列分析图,这个图是印度麂鹿皮肤成纤维细胞,用AlexaFluor568 染色(标记对象是黏着斑蛋白,红色通道),同时用Alexa Fluor488染色(标记对象是纤维状肌动蛋白,绿色通道)。在散点图中选择一个感兴趣区域进行分析,在图4a 中用白颜色的长方形为这个感兴趣区域设定了信号的阈值,大多数共定位分析软件都可以进行这种功能分析。

感兴趣区域的水平边界和竖直边界应该排除背景信号,背景沿着散点图的

x轴和y 轴团簇。只有被包括在所选择区域边界内的像素信号才能进行共定位分析。样品上重叠的像素区域很容易转变成共定位二元阈值像(图4b),这个图还可以和共聚焦图叠加在一起,做一个共定位map. 图4c 显示的共定位map 图用白颜色显示了共定位区域,对大多数软件这个颜色很容易变成其他颜色,相对于原来的伪彩,对比度更高一些。

图4

正如上面所讨论的,在共聚焦图中对荧光团共定位的定量测定,可通过散点图和感兴趣区域的信息获得。从整个散点图的信息,可获得很多变量值。Pearson′s 系数就是用于分析整个散点图的诸多变量中的一个,为描述两幅图之间重叠程度,在识别一幅图像和另一幅图像的匹配程度上,Pearson′s, R(r)系数是标准技术之一。Pearson′s 相关系数根据下面方程计算:

S1 是第一个通道每个像素的强度值,而S2 是第二个通道每个像素的强度值。S1(average)和S2(average)分别是第一个通道和第二个通道平均像素强度值。在Pearson′s 系数里,原始像素强度值减去平均像素强度值。结果,系数值范围从-1到1,-1 表示图像的像素之间完全没有重叠,而1 表示完美的图像重叠。Pearson′s相关系数只解释了两个图像之间形状

的相似性,而与图像像素强度值无关。然而,当把这个系数值应用到共定位分析时,潜在的负值难以解释,需要用另一种方法解释结果。

用于计算另一相关系数的较简单的技术,需要去掉原始像素强度值和平均像素强度值这个差减项。正式定义为Overlap 系数(R),这个值范围从0 到1,在图像分析中对强度变化不敏感。Overlap 系数定义为:

分子是两个通道强度的乘积和,只有当同一个像素的两个通道值与共定位相关时,分子才会给出一个很有意义的值(两个通道的像素强度值都大于0)。因此,方程(2)的分子与共定位的像素数成正比。同理,Overlap 方程的分母正比于图像两个通道组分的像素数,而不考虑共定位是否存在(注意:组分定义为通道 1 和通道 2 红颜色和绿颜色的图或像素阵列)。Overlap 系数的一个主要优点就是对一个图像上各种组分的信号强度差

相对不敏感,信号强度差经常是由荧光团的浓度差、光漂白、量子效率变化及非等效的电子通道设置等产生的。

使用Overlap 系数最重要的缺点是:通道之间组分像素数比例会强烈影响Overlap 系数值。为了减少这种依赖性,Overlap 系数分成两个不同的子系数,看k(1)和k(2),以两个独立的参量来表达共定位的程度。

Overlap 系数k(1)和k(2)描述了通道之间强度的差异,k(1)对通道2(绿色信号)强度差敏感,而k(2)线性依赖于通道 1 像素的强度值。因此,现在描述的方程能够说明重叠度,也能解释颜色通道之间的强度差异。在图像的共定位区域,为了估计其中一个颜色通道对整个共定位荧光的贡献,定义了另外一套共定位系数m(1)和m(2)。

共定位系数m(1)用于描述通道 1 对共定位区域的贡献,而共定位系数m(2)用于描述通道2 对共定位区域的贡献。注意,如S2(i)大于0 时,变量S1(i,coloc)等于S1(i);对于变量S2(i,coloc)也是这样的。相对于每个荧光通道的总荧光量来说,这些系数正比于merge 图像中每个荧光通道共定位荧光团的荧光量。即使当两个荧光通道的信号强度明显在不同的档次,共定位系数m(1)和m(2)也能测定。

另一对共定位系数可对散点图上定义的感兴趣区域内像素强度范围进行计算。系数M(1)用于描述通道 1 荧光团对共定位区域的贡献,系数M(2)用于描述通道 2 荧光团对共定位区域的贡献。

式中,如S2(i)位于感兴趣区域阈值范围内,S1(i,coloc)等于S1(i);如S2(i)代表的像素在感兴趣区域阈值外,S1(i,coloc)等于0.相似地,如

S1(i)位于感兴趣区域阈值范围内,S2(i,coloc)等于S2(i);如S1(i)代表的像素在感兴趣区域阈值外,S2(i,coloc)等于0. 换句话说,对每一个通道来说,分子代表这个通道所有像素(且每个像素在另一个通道也有强度值)的强度和,而分母代表这个通道的所有像素的强度和。相对于每个通道的总荧光量来说,这些系数与每个通道共定位对象的的荧光量成正比。

大多数商业共定位分析软件都能计算上面所描述的参数,包括Pearson′s 相关系数、总overlap 系数以及k(X),m(X)和M(x)共定位系数。此外,许多分析软件包含的算法可进行背景校正,产生整幅图的散点图,且可在一个双通道合成图或共聚焦图的感兴趣区域进行计算。从这些软件中获得的最重要的数据就是共定位系数,这意味着信号之间重叠的相对程度。例如,通道 1 的荧光团共定位系数为0.75 意味着通道 1 中含有通道 2 组分的强度值占通道 1 总的强度值是75%。这是一个相对比较高的共定位程度。同样地,对通道 2 共定位系数为0.25 意味着明显降低的共定位。

共定位分析中的假象及样品考虑

共定位分析遇到的一个最重要的问题就是由发射光谱叠加、自荧光(主要存在于组织样品)、非特异性抗体或合成荧光染料染色引起的光谱串色。荧光共振能量转移对于光谱有叠加的共定位荧光团来说也是一种潜在的

假象。当观察标记有绿色、红色荧光探针的样品时,任何这样一种假象都能产生看起来是黄色或橙色的像素,但这种颜色并不来自共定位。

当对两种或两种以上荧光染料标记的样品进行成像时,最常见的问题就是荧光串色问题。例如,当用传统的绿色和红色荧光探针荧光素和罗丹明进行双标时,串色只有用最优的荧光滤色镜组才能降低,但绝不会完全去掉。这是因为这样一个事实:这些染料都有很宽的吸收和发射光谱,光谱之间有明显的重叠。因此,激发荧光素的氩离子激光器的488nm 线也能激发罗丹明,尽管激发程度较低。而且,在为罗丹明预设的光电倍增管通道或宽场滤色镜套组中也会检测到荧光素的荧光发射,甚至在没有共定位的地方,产生看起来是黄色或橙色的像素。要用这些染料或类似染料进行共定位实验时,串色问题必须完全消除。

成探针克服,比如Alexa Fluor 系列或Cy 系列染料。这些专门设计的有机分子表现出很窄的发射光谱(与传统探针相比)、与弧光灯和激光线相匹配的较大的吸收系数、较高的量子产率、降低的光漂白,且荧光发射对环境变量的依赖性较低。此外,这些先进探针的激发光谱线横跨大约400nm,从紫外到近红外有一个很宽的选择,以匹配照明光源,使得发射光谱叠加最小。

自发荧光(对甲醛固定的组织样品尤为显著)产生的问题在表现上与串色类似。有自发荧光的样品激发后经常会在其他通道检测出荧光发射,使得到的照片看起来有共定位荧光团。如用抗体和合成荧光团对背景过度染色,也会在两个荧光团非特异性标记明显的地方产生看起来像共定位的图像。这个假象可以通过认真地制备样品、用合适的control 监测实验方案来避免或明显降低。

只有当所有的串色、自发荧光、非特异性荧光问题都消除掉后,共定位的研究才是准确的。在激光扫描共聚焦显微镜中,最有效的方法就是利用序列激发,并用窄的带通发射滤色片或窄的狭缝宽度(光谱型)收集发射荧光。同时,应该检查单标的control 样品,以确保完全消除了串色,未染色的control 在监测自荧光方面是很有效的。

图5

激光扫描共聚焦显微镜中各种样品串色的问题及其校正在图 5 中显示。

图5(a)中的纤维原细胞,Alexa Fluor488 绿色荧光串色进入Mito Tracker 红色通道,当样品用488 激光和543 激光同时扫描时,会产生黄色的肌动蛋白丝。序列扫描和检测(图5d)消除了串色影响。同样地,在用Cy3 和核探针DRAQ5 对老鼠大肠厚切片进行同时扫描时(图5b),也会发生串色。序列扫描可以去掉串色假象(图5e),而串色假象会造

成虚假的共定位。

当多标样品用两种以上的激光扫描时,串色问题在好几个通道都会观察到,图5(c)和图5(f)显示了鼠脑的一个厚切片,用Alexa Fluor488 标记

神经丝、用Alexa Fluor 568 标记神经胶质纤维酸性蛋白(GFAP),用DRAQ5 染核。当样品同时用3 个激光扫描时(图5c),串色会在第二和第三个通道发生,在样品的中间丝里就意味着有可能的共定位。然而,若开始用序列扫描并收集数据时,神经丝只出现在它们各自的通道里(图

5f),消除了这些结构中荧光团共定位的可能。荧光共振能量转移(FRET),理论上可以测量位置离得很近的两个荧光团的距离,也是监测共定位的一个潜在有用的工具。然而,在共定位分析中这个现象经常会导致一些假象,除非在实验的设计过程中,对FRET 的一些参数做了很好地理解并认真

进行了考虑。尤其是在第一个荧光团的发射光谱和第二个荧光团的激发光谱重叠的地方,研究者应该特别关注。这些样品中的能量转移表现为:第一个荧光团的荧光发射意外地降低同时伴随着第二个荧光团的荧光发射

意外地增加。紧密相关的荧光团之间的相互作用可导致发射荧光信号的淬灭,这与环境条件有关。

共定位分析中许多潜在的问题都可通过仔细关注样品制备技术来规避。正如上面讨论的,荧光探针应该选择发射光谱分离比较大的且具有最小叠加的组合。如果可能的话,选择绿颜色的具有窄发射的荧光团(比如Alexa Fluor 系列或量子点)及红颜色的在深红区或近红外区有发射的荧光团。

原发性和继发性抗体必须检测交叉活性及非特异性背景染色。合成荧光团及标记的继发性抗体的浓度应该优化以确保相似的亮度,尤其是当对象丰

度根本不同时。影响荧光团亮度的因素包括激发效率、量子产率、消光系数、浓度及环境因素,如pH值、离子浓度、疏水性及粘性。对每一个荧光团都应单独制备control 样品,在不染色的情况下,分别分析串色和自荧光。仔细注意着色过程中的微小细节,就会降低使用图像处理软件恢复数字图像的必要性。

共定位分析的实际情况

在分析复杂的荧光图像时,使用伪彩色组合很有用,这在上面已经讨论过了。通常,选择两个彩色通道,最常用的是绿色和红色。因此,叠加区域显示黄色。其他颜色对,比如蓝色、绿色(产生青色),蓝色、红色(产生紫色)也会用到,但因为反射的蓝光对人眼灵敏度低,这些颜色对在实际观察中很少使用。但在许多情况下,尤其是三色图像,不可避免会使用蓝色伪彩色。

采集图像及显示参数方面,应该采用一种标准以便使合成图对每一个荧光信号显示同样的动态范围和补偿。事实上,标准的共聚焦显微镜操作将这种方法视为日常样品分析方法。两个图像merge 时,如果收集到的光子足够,叠加的红色绿色信号就会产生明确的亮黄色。在光子极少的实验中,共定位荧光团会产生暗黄色,而对背景具有相同贡献的绿色和红色会显示棕色。

每一个通道的offset 和gain 都应该单独调节(设置背景为0,饱和为4095),以便每一个荧光团都显示在完整的12 位范围里。然后,对每个

图像进行单独处理。尽管这是采集和显示多色图像的一个很方便的方法,但样品中两个信号的实际相对强度没法测定,因为每个信号的采集都是为了满足整个12 位的图像深度。因此,某一个颜色通道相对信号强度的分析要求各个通道以同样的采集参数配置,比如光电倍增管电压、增益和补偿等。

如果图像采集和图像处理技术没有平衡好,在merge 的彩色图中,就会由于采集过程光电倍增管不合适的Gain、offset 配置及图像处理过程中强度直方图的极端拉伸而对共定位做出不准确的解释。举个例子,如果offset 值过高,就会发生很明显的颜色分离,在低offset 值下,在同样的结构下,观察到的对比度就降低。对于一些关键应用,ratio 成像技术可用于区分两个信号是共定位还是只是部分叠加。

图6

对完全校准好的荧光成像系统,当用不同的滤色镜组时,样品上一个点在检测器上精确成像为一个点,也就是像素对像素。然而,不同颜色的通道merge 时,物镜的色差校正不够、滤镜光路没有完全对准都会使得荧光信号之间的记录有差错。对具有复杂图案的图像或明暗信号相混的图像,这个可能就检测不到。会得出这样的结论:在结构中的信号分布要么是明显不同,要么是部分叠加的。

在merge 图像的处理过程中,位移问题可用许多软件包通过panning 操作恢复原始记录。通过panning 操作校正一系列不同颜色图的过程中,

需要样品上有一个固定的参考点,这个参考点在每一层图上都有。如不存在多标的样品参考点,就将多色的荧光微球稀释后加入样品中,用盖玻片进行封装前,在每个视野中都会有几个珠子。对于一些苛刻的应用,几个带通二色镜和发射滤色片可与不同的激光器或荧光团特定的激发滤色片

一起使用。这种滤光镜组的配置一般用在共聚焦显微镜中,当对颜色校正要求苛刻时,也可用于宽场荧光显微镜。

图6 显示了上面讨论的几个常见问题,多标样品(注意:图 6 中所有荧光团都只显示绿色和红色两种伪彩)经常会妨碍共定位的准确分析。用增强黄色荧光蛋白融合过氧化酶转染人类女性骨肉瘤上皮细胞,目标对象是缩氨酸序列(发绿色荧光),随后用免疫荧光的方法,用二次抗体标记Alexa Fluor568(发红光),目标对象是过氧化酶膜蛋白(PMP-70),显示在图6(a)和图6(d)中。图6(a)中的背景太黑,致使标记的黄色荧光蛋白强度降低。这种错误使共定位分析发生偏移,对绿色通道中重叠的像素人为产生了较低的检测量。合适的图显示在图6(d),显示了明显较高的共定位程度。

猕猴肾上皮细胞的线粒体网络用EYFP 和HcRed1 荧光蛋白(此蛋白含有缩氨酸序列,目标对象是线粒体)转染。成像过程中,非常亮的EYFP 大大地遮盖了HcRed1 发射的荧光信号,当检测通道的电压、增益和补偿值接近时,HcRed1 发射的荧光信号比EYFP 要弱几乎100 倍(图6(b))。调整HcRed1 通道PMT 的值可平衡荧光蛋白的发射强度以克服这种差异,共定位程度明显增加(图6(e))。图6(c)显示几

个叠加通道重合不好,图中显示的是塔尔羊卵巢细胞,用AlexaFluor488 耦合鬼笔环肽染色(目标对象是绿色丝状肌动蛋白),用Alexa Fluor568二次抗体染色,目标对象是粘着斑蛋白抗体(粘着斑)。肌动蛋白丝末端应该与样品中粘着蛋白共定位,但在图6(c)中,他们没重合好,正如在图像右下角用红色和绿色荧光团标记的微球重合不好一样。采集完图像后,进行图像处理可将通道对齐,恢复图像的位置(也就是球的位置),为共定位分析提供了很好的样本。

结论

当研究荧光团共定位时,要考虑的最重要的一点是:确保样品标记的质量最好。抗体和合成荧光团都应进行特异性的分析和选择,背景要低、没有交叉活性。为了降低串色影响,发射光谱分得比较开的荧光探针组合最适合做共定位实验。要做合适的control 实验,包括用每个探针单独标记样品及未标记的只有自发荧光的样品,都应该制备,而且在真正的实验条件下细致地观察串色。样品制备好后,仪器和软件的参数都要关注。有一点很重要,要记住:样品制备得不好并不能通过数字图像处理技术克服。在大多数情况下,优化染色条件会节省大量的时间,最终产生较好的结果。

进行共定位分析还取决于仪器的配置要求,需要最高质量的消色差显微镜物镜,这对于降低色差是很必要的,色差会影响共定位的定量计算。许多生产产商引进了平场复消色差物镜,这种物镜对色差在整个可见光范围内(400-700nm)进行校正,可明显有助于荧光显微镜的定量研究。所有的荧光发射滤色片都应该用与荧光团发射光谱匹配的带通透射来优化。这

原子力显微镜实验报告

原子力显微镜实验报告 原子力显微镜应用技术 一、实验目的 1了解原子力显微镜的工作原理 2掌握用原子力显微镜进行表面观测的方法 二、实验原理 (1)AFM的工作原理 在原子力显微镜的系统中,可分成三个部分:力检测部分、位置检测部分、 反馈系统。主要工作原理如下图:

原子力显微镜的工作原理图 (2)A FM的工作模式 AFM有三种不同的工作模式:接触模式(contact mode) 、非接触模式 (noncontact mode) 和共振模式或轻敲模式(Tapping Mode) 本实验采用轻敲模式:样品扫描时,针尖始终同样品“接触”,即针尖-样品距离在小于零点几个纳米的斥力区域。此模式通常产生稳定、高分辨图像。当沿着样品扫描时,由于表面的高低起伏使得针尖-样品距离发生变化,引起它们之间作用力的变化,从而使悬臂形变发生改变。当激光束照射到微悬臂的背面,再反射到位置灵敏的光电检测器时,检测器不同象限会接收到同悬臂形变量成一定的比例关系的激光强度差值。反馈回路根据检测器的信号与预置值的差值,不断调整针尖一样品距离,并且保持针尖一样品作用力不变,就可以得到表面形貌像。 三、实验仪器及试剂 试剂及材料:石墨烯溶液,云母片

仪器:nano scope 5.31r 四、步骤 依次按下面步骤开启实验仪器: 1.开机:先开电脑再开主控制器 2.打开程序:Nanoscope: 3.安装样品:用双面胶带将云母片粘到圆形铁片上,再将其放置到样品 台上。调节中部拨钮UP控制样品台降低到样品上表面低于样品台两侧的圆球。 4.安装探针:用镊子小心将探针安装到HOLDE中。 5.安装HOLDER调节样品台后面的旋钮,把HOLDE固定紧; 调节拨钮DOW使样品台尽量接近探针针尖; 将激光调至针尖处,同时屏幕的SUM直最大;调节样品台后面横型旋钮,用于控制样品室中的反射镜子,调节旋钮使屏幕上的SUM直最大;调节样品台上面和后面的两个旋钮,使屏幕上VERT和HORZ匀为0左右;将光敏检测器旋至最小;将左边拨钮拨至 on ; 7.开始测试:控制面板左上: (1)T UNE:弹出对话框,点击下方Auto Tune自动调节,完成之后,点击Exit 退出。 (2)下针:弹出表单,表单消失后,自动开始扫描SCAN (3)Capture : Capture file name ,弹出对话框,对图像命名,并选择保 存路径。

激光扫描共聚焦显微镜中荧光强度的测定条件研究.

激光扫描共聚焦显微镜中荧光强度的测定条件研究 [ 05-12-18 15:01:00 ] 作者:Yu Nanshen 编辑:studa9ngns 【摘要】目的本文对应用激光扫描共聚焦显微镜进行荧光强度的测定条件做了详细的分析。方法选择和设置激光扫描共聚焦显微镜的各参数,对用间接免疫荧光法检测改性后的材料表面对人牙龈成纤维细胞分泌细胞外基质纤粘连蛋白FN和I型胶原的影响进行荧光强度的定量。结果细胞在材料表面接种后FN的荧光染色强度在四组材料之间差异无显著性,说明材料表面化学成分的改变对FN的形成没有明显影响。但四组材料对I型胶原分泌的影响有差异。结论选择和设置适合的激光扫描共聚焦显微镜中荧光强度的测定条件,可以真实有效的反映实验的结果。 关键词激光扫描共聚焦显微镜荧光强度 The research on determine condition of fluorescence intensity in confocal laser scanning microscopy 【Abstract】 Objective To explore the conditions under which fluorescence intensity is determined in confocal laser scanning microscopy.Methods The parameters of confocal laser scanning microscopy were set and the effects of these modifications on the response of the fibro-conglutination albumen and type I collage n of human gingival fibrobˉlasts on indirect immunityfluorescence were observed,and the fluorescence intensity of the effects was measured.Reˉsults After the cells grafted on the material surface,the fluorescence dye intensity of the fibro-conglutination albuˉmen had no notable differ ence in materials of the four groups,the alter of the chemistry component of the material surˉface had no notable influence on the formation of the fibro-conglutination albumen.But the effects of the type I collaˉgen were different in materials of the four groups.Conclusion Setting appropriate conditions for the determination of fluorescence intensity in confocal laser scanning microscopy is important in the analysis of the true results of experiˉment.Key words confocal laser scanning microscopy fluorescence intensity

(完整word版)2015 动物细胞培养技术实验报告

一、实验目的 1、学习并掌握动物细胞培养的无菌操作技术。 2、学习并掌握细胞传代培养的方法。 3、学习并掌握用倒置荧光显微镜观察细胞细胞形态。 二、实验原理 细胞培养(cell culture):细胞在体外条件下生长,细胞不再形成组织。 动物细胞培养(animal cell culture)就是从动物机体中取出相关的组织,将它分散成单个细胞(使用胰蛋白酶或胶原蛋白酶)然后,放在适宜的培养基中,让这些细胞生长和增殖。由于细胞具有生长和自我复制的能力,为细胞体外培养和研究提供可能。 动物细胞培养可分为原代培养和传代培养。 原代培养(primary culture)即直接从动物机体分离、获得组织细胞,在无菌条件下,用胰蛋白酶消化或机械分散等方法,将动物组织分散成单个细胞开始首次培养长出单层细胞的方法。 传代培养(subculture)当细胞生长增值达到一定密度,用胰蛋白酶将细胞消化分散成单细胞,将细胞转移到新的培养皿中扩大培养的方法。 高等生物是由多细胞构成的整体,在整体条件下要研究单个细胞或某一群细胞在体内的功能活动是十分困难的,但如果把或细胞拿到体外培养、增殖并进行观察和研究,则方便简单的多。被培养的动物细胞是非常好的实验对象和实验研究材料,对体外培养的活细胞进行研究可以帮助人类探索防治各种疾病途径和机制,也可以人为地诱导和改变细胞的遗传性状和特性,因此,动物细胞体外培养技术是研究细胞分子机制非常重要的实验手段,被广泛应用于医学、生物技术、基因工程等研究领域。 三、细胞培养相关设施及材料 1、细胞培养室 无菌操作区:只限于细胞培养及其它无菌操作,与外界隔离。 孵育区:培养箱设定的条件为37℃,5%CO2。 制备区:培养液及有关培养用液体的制备,液体制备后应该在净化工作台进行过滤除菌。 储藏区:包括冰箱、干燥箱、液氮罐等。 清洗区和消毒灭菌区:清洗区为相对污染区,消毒灭菌区与清洗区分开。 2、细胞培养常用基本设施: 荧光显微镜、超净工作台、孵箱、电热鼓风干燥箱、冰箱、液氮罐、消毒器、恒温水浴槽、滤器等。 细胞培养常用器皿:培养瓶、培养板、培养皿,玻璃瓶、吸管,离心管、冻存管,注射器,烧杯、量筒等。 3、细胞培养用品的清洗、消毒 新玻璃器皿要用5%稀盐酸浸泡,以中和其表面碱性物质:刷洗: 硫酸清洁液浸泡:浓硫酸+重铬酸钾+蒸馏水; 冲洗:流水冲洗15-20次,蒸馏水冲洗3次,三蒸水漂洗1-3次。 所有需灭菌的器械、物品灭菌前均需包装,防止灭菌后污染。使用时放入超净工

扫描隧道显微镜实验报告

一、实验目的 1.采用探针扫描显微镜进行微纳米级表面形貌测量。 2.了解扫描探针显微镜的工作原理并熟悉原子力显微镜的操纵。 二、实验设备 原子力显微镜、光盘块、装有SPM Console在线控制软件和Image后处理软件的计算机。 三、实验基础 原子力显微镜(Atomic Force Microscope ,AFM),一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器。 原子力显微镜的基本原理是:将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定,另一端有一微小的针尖,针尖与样品表面轻轻接触,由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力,通过在扫描时控制这种力的恒定,带有针尖的微悬臂将对应于针尖与样品表面原子间作用力的等位面而在垂直于样品的表面方向起伏运动。利用光学检测法或隧道电流检测法,可测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化,从而可以获得样品表面形貌的信息。激光检测原子力显微镜(Atomic Force Microscope Employing Laser Beam Deflection for Force Detection, Laser-AFM)——扫描探针显微镜家族中最常用的一种为例,其工作原理如图1所示。二极管激光器(Laser Diode)发出的激光束经过光学系统聚焦在微悬臂(Cantilever)背面,并从微悬臂背面反射到由光电二极管构成的光斑位置检测器(Detector)。在样品扫描时,由于样品表面的原子与微悬臂探针尖端的原子间的相互作用力,微悬臂将随样品表面形貌而弯曲起伏,反射光束也将随之偏移,因而,通过光电二极管检测光斑位置的变化,就能获得被测样品表面形貌的信息。 在系统检测成像全过程中,探针和被测样品间的距离始终保持在纳米(10e-9米)量级,距离太大不能获得样品表面的信息,距离太小会损伤探针和被测样品,反馈回路(Feedback)的作用就是在工作过程中,由探针得到探针-样品相互作用的强度,来改变加在样品扫描器垂直方向的电压,从而使样品伸缩,调节探针和被测样品间的距离,反过来控制探针样品相互作用的强度,实现反馈控制。因此,

AFM原子力显微镜技术及应用实验报告

AFM原子力显微镜技术及应用实验报告 ——指导老师:袁求理 近 代 物 理 实 验 报 告 物理班实验小组 2012年12月18日

引言 在当今的科学技术中,如何观察、测量、分析尺寸小于可见光波长的物体,是一个重要的研究方向。扫描隧道显微镜(STM) 使人们首次能够真正实时地观察到单个原子在物体表面的排列方式和与表面电子行为有关的物理、化学性质。 STM 要求样品表面能够导电,从而使得STM只能直接观察导体和半导体的表面结构。为了克服STM 的不足之处,推出了原子力显微镜(AFM)。AFM是通过探针与被测样品之间微弱的相互作用力(原子力) 来获得物质表面形貌的信息。因此,AFM除导电样品外,还能够观测非导电样品的表面结构,且不需要用导电薄膜覆盖,其应用领域将更为广阔。除物理,化学生物等领域外,AFM在为微电子,微机械学,新型材料,医学等领域有着广泛的应用,以STM和AFM为基础,衍生出一系列的扫描探针显微镜,有激光里显微镜,磁力显微镜,扫描探针显微镜主要用于对物质表面在纳米线上进行成像和分析。 一、实验组员: 邵孙国(10072127)、周柬辉(10072137)、陈俊峰(10072122)、任寿良(10072126)。 二、实验目的: Ⅰ、学习和了解AFM的结构和原理。 Ⅱ、掌握AFM的操作和调试过程,并以之来观察样品表面的形貌。 Ⅲ、学习用计算机软件来处理原始数据图像。 三、实验原理简析: 1. AFM基本原理 原子力显微镜的工作原理就是将探针装在一弹性微悬臂的一端,微悬臂的另一端固定,当探针在样品表面扫描时,探针与样品表面原子间的排斥力会使得微悬臂轻微变形,这样,微悬臂的轻微变形就可以作为探针和样品间排斥力的直接量度。一束激光经微悬臂的背面反射到光电检测器,可以精确测量微悬臂的微小变形,这样就实现了通过检测样品与探针之间的原子排斥力来反映样品表面形貌和其他表面结构。 在原子力显微镜的系统中,可分成三个部分:力检测部分、位置检测部分、反馈系统。如图一显示。

荧光显微镜实验报告

《形态观察技术与原理》实验报告日期:2015年10月28日姓名:高海艳学号:51151300057 实验三荧光显微镜的操作技术 [一、实验目的] 1、了解荧光显微镜的结构及其成像原理。 2、掌握使用荧光显微镜来观察被荧光染料染色的生物标本的操作技能。 [二、实验原理] 荧光显微术的原理是以紫外线为光源,照射被检物体,使之发出荧光,然后在显微镜下观察物体的形状及其所在位置。 此次所用的落射式显微镜在光路中具有分光镜,光源来自被检物的上方,故对透明与非透明被检物都适用。 荧光显微术可用于研究细胞内物质的吸收、运输、化学物质的分布及定位等。 [三、实验仪器] OL YMPUS-BX51荧光显微镜 [四、实验步骤] 1. 将样品置于载物台上, 打开明场电源开关; 2. 打开汞灯电源开关(严禁用手直接触摸!强紫外线能灼伤眼睛和皮肤,使用中应避免灯光的直接照射;灯管意外破损,导致汞蒸气散发,现场人员务必立即离开,让现场持续通风20-30分钟,防止汞蒸气被吸入体内而导致中毒;汞灯需使用半小时以上方可关闭,关闭半小时以后方可再次开启); 3. 将荧光光路shutter打开(“○”为开,“●”为关)(需保护样品时关闭shutter); 4. 根据样品的标记情况将荧光滤块转盘转到相应的位置; 5. 通过两组减光滤片调节激发光强度; 6. 从低倍镜开始观察,调焦,找到预观察视野; 7. 依次换到高倍镜头,观察样品拍照时光路选择拉杆完全拉出。 (汞灯在显微镜内位置的检验: a. 将汞灯照明光路系统中的视场光阑开到最大; b. 把荧光滤光片组推到绿光激发的位置上,以避免汞灯中的蓝光太刺眼; c. 把观察的样品或一块载玻片放在物台上,盖上一张比盖玻片稍大且洁白的薄纸; d. 取下一个物镜,使激发光经物镜转换器的空档照在白纸上,白纸上会有一蓝色的圆形照明区域, e. 分别调节集光镜对焦旋钮和汞灯位置调节钮,直至激发光光斑呈现清晰均匀的圆形照明区域.)

荧光显微镜在生命科学中的应用

荧光显微镜在生命科学中的应用 摘要: 荧光显微镜是在光镜水平上,对细胞内特异的蛋白质、核酸、糖类、脂质以及某些离子等组分进行定性研究的有力工具。本文综述了结构光照明荧光显微镜、隐失波荧光显微镜在生命科学中的应用。关键词: 荧光显微镜;应用 荧光显微镜具有可特异性标记、可对活体细胞进行实时动态成像的优势,在生命科学研究中获得了广泛的应用[1],利用荧光显微镜观测生物活体和固定的细胞是研究目标蛋白定位和动态的一种重要手段。随着荧光标记和新的显微成像技术,如激光共聚焦显微镜和转盘式共聚焦显微镜的广泛应用,使人们对于细胞中的动态过程有了更深入的了解。 1.结构光照明荧光显微镜突破衍射极限的原理和在生命科学中的应用 结构光照明是一种通过改变照明光空间结构的照明方式,通常照明的结构光是一个载频条纹,这种照明方式可应用于角度、长度、振动等的测量,并广泛应用于三维成像[2-4]。结构光照明荧光显微镜,是在宽场荧光显微镜的基础上,利用特殊调制的结构光照明样品,运用特定算法从调制图像数据中提取焦平面的信息,突破衍射极限的限制,重建出超分辨切层的三维图像。将结构光照明应用于荧光显微镜,具有成像速度快、光路结构简单、对荧光分子无特殊要求、能够应用于活体细胞实时动态三维成像的优势,因而在生物医学成像领域引起

了广泛关注,是应用前景广泛的超分辨荧光显微技术。 荧光显微镜由于其无损、非入侵的观察方式和特异性标记识别的特点,在生命科学研究中应用广泛。但是由于其分辨率受到衍射极限的限制,细胞内许多复杂的精细结构无法观察到。结构光照明荧光显微镜作为一种能够突破衍射极限的荧光显微镜,大大提高了细胞结构成像的分辨率和图像清晰度,有力地促进生命科学研究的发展。 2.隐失波荧光显微镜及其在植物细胞生物学中的应用 应用隐失波荧光显微镜观测细胞膜附近生物学过程的优点是,它只激发生物样品靠近盖玻片附近一薄层区域内的荧光基团。所谓生物学过程包括:追踪单个分子与膜结合以及与膜分离的过程,配体与细胞膜表面受体结合的动力学,胞吞胞吐过程以及其它定位于细胞膜的分子的动态等。 2. 1 细胞膜表面的受体 隐失波荧光显微镜可以用于研究细胞膜表面受体与配体结合的动力学[5],受体的聚集以及它们的横向运动。细胞膜表面的受体可通过荧光基团标记的配体、抗体或其它小分子进行标记,甚至还可用荧光蛋白( 如 GFP、m Cherry 等)对感兴趣的受体进行标记。 2.2 胞吞与胞吐 迄今为止,已有许多研究利用隐失波荧光显微镜对胞吐过程进行观测,其中包括应用 styryl 染料(如 FM4-64 和 FM1-43)或带有荧光基团的货物标记正在胞吐的囊泡,以观测单个胞吐的过程。通常在观测过程中,只有当胞吐的囊泡进入到隐失波范围内,其荧光基团才

原子力显微镜实验报告_南京大学

原子力显微镜 一、实验目的 1.了解原子力显微镜的工作原理。 2.初步掌握用原子力显微镜进行表面观测的方法。 二、实验原理 1.AFM (1)AFM的工作原理 在AFM中用一个安装在对微弱力极敏感的微悬臂上的极细探针。当探针与样品接触时,由于它们原子之间存在极微弱的作用力(吸引或排斥力) ,引起微悬臂偏转。扫描时控制这种作用力恒定,带针尖的微悬臂将对应于原子间作用力的等位面,在垂直于样品表面方向上起伏运动, 因而会使反射光的位置改变而造成偏移量,通过光电检测系统(通常利用光学、电容或隧道电流方法) 对微悬臂的偏转进行扫描,测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化, 此时激光检测器会记录此偏移量,也会把此时的信号给反馈系统,以利于系统做适当的调整。将信号放大与转换从而得到样品表面原子级的三维立体形貌图像。 AFM 的核心部件是力的传感器件, 包括微悬臂(Cantilever) 和固定于其一端的针尖。根据物理学原理,施加到Cantilever 末端力的表达式为: F = KΔZ ΔZ 表示针尖相对于试样间的距离, K 为Can2tilever 的弹性系数,力的变化均可以通过Cantilever 被检测。 (2)AFM关键部位: AFM关键部份是力敏感元件和力敏感检测装置。所以微悬臂和针尖是决定AFM灵敏度的核心。为了能够准确地反映出样品表面与针尖之间微弱的相互作用力的变化,得到更真实的样品表面形貌,提高AFM 的灵敏度,微悬臂的设计通常要求满足下述条件: ①较低的力学弹性系数,使很小的力就可以产生可观测的位移; ②较高的力学共振频率; ③高的横向刚性,针尖与样品表面的摩擦不会使它发生弯曲; ④微悬臂长度尽可能短;⑤微悬臂带有能够通过光学、电容或隧道电流方法检测其动态位移的镜子或电极; ⑥针尖尽可能尖锐。 (3) AFM的针尖技术 探针是AFM的核心部件。如右图。 目前,一般的探针式表面形貌测量仪垂直分辨率已达到0.1 nm , 因此足以检测出物质表面的微观形貌。普通的AFM 探针材料是 硅、氧化硅或氮化硅(Si3N4 ) ,其最小曲率半径可达10 nm。由 于可能存在“扩宽效应”,针尖技术的发展在AFM中非常重要。 探针针尖的几何物理特性制约着针尖的敏感性及样品图像的空 间分辨率。因此针尖技术的发展有赖于对针尖进行能动的、功 能化的分子水平的设计。只有设计出更尖锐、更功能化的探针, 改善AFM 的力调制成像(force modulation imaging) 技术和相 位成像(phase imaging)技术的成像环境,同时改进被测样品的 制备方法,才能真正地提高样品表面形貌图像的质量。 (4) AFM的工作模式 AFM 有三种不同的工作模式: 接触模式( contact mode) 、非接触模式(noncontact mode) 和共振模式或轻敲模式(Tapping Mode) 。 ①接触模式 接触模式包括恒力模式(constant2force mode) 和恒高(constant2height mode) 。在恒力模式中过反馈线圈调节微悬臂的偏转程度不变,从而保证样品与针尖之间的作用力恒定,当

激光共聚焦显微镜技术1讲解

激光共聚焦显微镜技术 The techniques and applications of Confocal Laser Scanning Microscopy 激光共聚焦显微镜(LSCM)的发展简史 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。1978年,阿姆斯特丹大学的G.J.Brakenhoff首次展示了改善了分辨率的共焦显微镜。 1985年,Wijnaendtsvan Resandt推出了第一台对荧光标记的材料进行光切的共焦显微镜 激光共聚焦显微镜(LSCM)的发展简史 ?80年代末,各家公司都推出了商品化的共焦显微镜,英国的Bio-Rad公司的MRC系列,德国Leica公司的TCS系列,Zeiss公司的LSM系列等。 ?近二十年来,从滤片型到光谱型,人们对共焦高分辨率,采集图像快速,技术的改进及应用开发不断进行,出现了很多新的技术。如双光子,FCS,FLIM ,STED等。 共焦显微镜的优点 人眼分辨率:0.2mm 光学显微镜分辨率:0.25μm 电子显微镜分辨率:0.2nm 共焦显微镜分辨率:μm 共焦显微镜的优点 ?电子显微镜的缺陷: 1.只能观察固定样品 2.样品制备过程(固定、包埋、切片)造成的假象 ?荧光显微镜的缺陷: 1.可以观察活细胞或组织,但细胞或组织内结构高度重叠。 2.荧光具有强散射性,造成图像实际清晰度的大大下降。 3.荧光漂白很快,使荧光图像的拍照有困难。 4.如果荧光滤片选配不当,多荧光标记样品图像的采集很困难,且很难抑制光谱交叉。 共焦显微镜的优点 ?共焦显微镜与传统显微镜的区别 1.抑制图像的模糊,获得清晰的图像 激光扫描共焦显微镜技术 ?共焦显微镜与传统显微镜的区别

微生物学实验报告.

微生物学实验报告 实验一普通光学显微镜的使用及细菌染色与形态观察 第一部分:显微镜的使用 一、目的要求 1.熟悉普通光学显微镜的构造、油镜的使用原理和显微镜的维护方法。 2.学会正确使用油镜观察细菌的基本形态和特殊构造。 3.了解各种显微镜的主要特征。 二、实验原理 (一)光学显微镜的构造 微生物实验室中最常用的是普通光学显微镜,它的构造可分为机械部分和光学部分。 1、机械部分 普通复式光学显微镜的机械部分通常包括以下几个部分:目镜、镜筒、基座回转器、物镜、载物台、光圈、聚光器、光源、镜臂、细调节器、粗调节器等。 2、光学部分:目镜、物镜、聚光器、光圈、光源。 (二)放大倍数 标本首先经物镜放大,在目镜的焦距平面上形成一个实像,再经过目镜放大成最终的虚像。总的放大倍数是物镜放大倍数与目镜放大倍数的乘积。 物镜的放大倍数愈大,其工作距离(物镜镜头到标本片之间的距离)愈短,这时光圈就要打开得愈大。 显微镜的性能受物镜的分辨距离或分辨力所限制。分辨距离即透镜所能分辨的两个物点之间的最小距离,分辨距离愈小,透镜的分辨力愈高,物像也就愈清晰。因此常以分辨距离来衡量显微镜的分辨力。 R=0.61λ/N.A 式中:R-----分辨距离; λ------作用光的波长; N.A------数值口径。 一些介质的折射率

介质折射率 空气 水玻璃香柏油 1 13 55 1.56 三、实验内容 (一)材料:显微镜,香柏油,擦镜纸。 (二)方法: 细菌很小,须使用油镜方可观察到。油镜是显微镜上最重要的部件之一,观察时与玻片非常接近,稍不小心即可压碎玻片,更严重的是损坏镜头,故必须极其仔细地学习油镜的使用方法: 1、为使低倍镜取得最适之光源,可将低倍镜头调节到离载物台约1cm的高度,将聚光器提高,光圈完全打开,然后调节电压旋钮至视野最合适。 2、滴一滴香柏油,固定于载物台上,用推动器调节到载物台正中。在双目侧视下,下旋粗调节器,使油镜头浸入油中几乎与标本片相接触。然后眼睛从目镜观察(如光线不足,可适当增大电源电压),徐徐上旋粗调节器至看到模糊物像之后,再用细调节器调节以使物像清晰。如镜头已离开油面还未看到物像,则再重新操作。 3、更换标本时应先提高油镜头,再更换玻片,切勿随意移动显微镜的位置。 4、油镜观察完毕后,按“显微镜保护”中(6)项处理。 5、最后将油镜各部分还原,聚光器下降,反光镜垂直于镜座,镜头转成八字形, 以免与聚光器发生碰撞。 四、思考题 1、使用显微镜时为何调节下列构造?反光镜,光圈,聚光器,粗调节器,细调节器,镜头回转器。 答:聚光器的位置之升降可影响视野的明亮度,上升则视野明亮,下降则光线减弱。光圈的放大或缩小也可控制视野明亮程度。粗调节器和细调节器均是调节焦距的装置。镜头回转器为装置物镜和转换物镜之用。 2、使用不同放大倍数的物镜时,工作距离与光圈的关系。如何利用这一原理用好显微镜? 答:物镜的放大倍数愈大,其工作距离(物镜镜头到标本片之间的距离)愈短。标本首先经物镜放大,在目镜的焦距平面上形成一个实像,再经过目镜放大成最终的虚像。总的放大倍数是物镜放大倍数与目镜放大倍数的乘积。 3、为何要选用与玻璃折射率相似的香柏油作为油镜的介质?油镜的原理是什么? 答:香柏油只在使用油镜头时(100倍物镜)使用,因为当镜与装片之间的介质为空气时,由于空气(n= 1.52)的折射率不同,光线会发生折射,不仅使进入物镜的光线减少,降低了视野的照明度,而且会减少镜口角。当以香柏油(n=1.515)为介质时,由于它的折射率与玻璃相近,光线经过载玻片后可直接通过香柏油进入物镜而不发生折射,不仅增加了视野的照明度,更重要的是通过增加数值孔径达到提高分辨率的目的。可见光的波长平均为0.55μm。当使用数值孔径为0.65的高倍镜时,它能辨别两点之间的距离为0.42μm;而使用数值孔径为1.25的

荧光显微镜技术参数

荧光显微镜技术参数 1.工作条件及用途 适于在气温为摄氏-40℃~+50℃的环境条件下运输和贮存,在电源220V ( 10%)/50Hz、气温摄氏-5℃~40℃和相对湿度85%的环境条件下运行。 可作切片的明场(BF)、荧光(FL)、偏光(PO)观察。 2.主要技术指标 2.1 研究级正置显微镜 2.1.1 研究级正置显微镜,可作明场、偏光和荧光的观察 2.1.2 光学系统:无限远校正光学系统,齐焦距离必须为国际标准45mm 2.1.3 调焦:载物台垂直运动方式距离不小于25mm,带聚焦粗调限位器,粗调旋钮扭矩可调,最小微调刻度单位≤1微米 2.1.4 观察镜筒:宽场三目观察筒,倾角为30° *2.1.5 照明装置:内置透射光柯勒照明器,12V100W卤素灯,光强预调开关,内置式滤色镜(日光平衡滤色片、ND25、ND6),左右手均可操作。 *2.1.6 物镜:万能平场半复消色差物镜 4X(N.A≥ 0.13,W.D≥17) 10X(N.A≥0.3,W.D≥10) 20X(N.A≥0.5,W.D≥2.1 spring) 40X(N.A≥0.75,W.D≥0.51 spring) 100X(N.A≥1.30,W.D≥0.2 spring,oil) 2.1.7 载物台:右手油式载物台,带有旋转装置和扭矩调节装置,高抗磨损性陶瓷覆盖层载物台。 2.1.8 目镜:10X宽视野目镜,带屈光度校准 2.1.9 物镜转换器:六孔物镜转换器 2.1.10 聚光镜:摇摆式聚光镜,N.A.≥0.9 2.1.11 具备ECO环保节能感应开关,操作人员离开30分钟后自动关闭透射光源。 2.2 荧光照明系统 2.2.1 荧光照明器:八孔荧光照明器,配置ND25、ND6、ND1.5中灰滤色片,

材料分析实验报告合辑 --浙江师范大学 材料物理系

浙江师范大学Zhejiang normal university 论文 作者: 专业: 完成日期:2013年12月21日

第一元素 实验 实验一 XRD 衍射 一、实验目的 1. 了解X 射线衍射仪的结构及工作原理 2. 熟悉X 射线衍射仪的操作 3. 掌握运用X 射线衍射分析软件进行物相分析的方法 二.X 衍射原理: X 射线在晶体中的衍射现象,实质上是大量的原子散射波互相干涉的结果。 晶体所产生的衍射花样都反映出晶体内部的原子分布规律。概括地讲,一个衍射花样的特征,可以认为由两个方面的内容组成: 一方面是衍射线在空间的分布规律,(称之为衍射几何),衍射线的分布规律是晶胞的大小、形状和位向决定 另一方面是衍射线束的强度,衍射线的强度则取决于原子的品种和它们在晶胞中的位置。 X 射线衍射理论所要解决的中心问题: 在衍射现象与晶体结构之间建立起定性和定量的关系。 布拉格方程: λθn dSin =2 根据布拉格方程,Sin θ不能大于1, 因此:对衍射而言,n 的最小值为1,所以在任何可观测的衍射角下,产生衍射的条件为λ<2d ,这也就是说,能够被晶体衍射的电磁波的波长必须小于参加反射的晶面中最大面间距的二倍,否则不能产生衍射现象。 若将布拉格方程中的n 隐含在d 中得到简化的布拉格方程: λθλθ===Sin d n d d Sin n d HKL hkl HKL hkl 2,2 则有:令 把(hkl )晶面的n 级反射看成为与(hkl )晶面平行、面间距为(nh,nk,nl) 的晶面的一级反射。面间距为dHKL 的晶面并不一定是晶体中的原子面,而是为了简化布拉格方程所引入的反射面,我们把这样的反射面称为干涉面。干涉面的面指数称为干涉指数。 三、使用仪器、材料 XRD ,带测试的未知材料

临床免疫实验 间接免疫荧光法测抗核抗体实验报告

实验三、间接免疫荧光法检测血清中抗核抗体 一、实验目的: 1、掌握免疫荧光法的原理。 2、掌握免疫荧光法检测过程中避免非特异荧光干扰的方法。 二、实验原理: 间接免疫荧光技术是利用荧光抗体标记第二抗体检测未知抗原或未知抗体(第一抗体)的方法。以检测人血清抗核抗体(ANA)为例。病人血清中ANA(Ab)能与各种系细胞核成分(Ag)特异性结合,此种结合的Ab(IgG型)能与荧光标记的羊抗人IgG(二抗)结合,在荧光显微镜下,细胞核显示荧光,提示血清中ANA的存在。 三、试验材料: 0.1M,pH6.8PBS;小白鼠,待测血清,对照血清(阴性血清),羊抗人IgG荧光抗体、滴管、试管、孵箱、荧光显微镜等。 四、实验步骤: 1、小鼠断颈处死取肝,NS漂洗,剪取肝横断面印片于玻片上,左右各一处,自然干燥;滴加无水乙醇固定,室温凉干; 2、左右印片处分别盖上一片小纸片,分别滴加阳性血清和阴性血清各1滴,37℃30′; 3、去除纸片,PBS冲洗1min×3次,吸干水分; 4、左右印片处分别盖上一片小纸片,并滴加荧光标记羊抗人IgG(二抗)各1滴,37℃30 5、去除纸片,PBS漂洗1min×3次,吸干水分; 6、荧光显微镜镜检。 五、实验结果: 荧光显微镜下观察: 细胞核发黄绿色荧光为阳性染色细胞,不发荧光为阴性;抗原片中出现阳性染色细胞为ANA 阳性,否则为阴性;阳性待检血清可作进一步稀释后测定效价。 (均质型)细胞核呈均匀一致的荧光(斑点型)细胞核内呈现斑点状荧光六、实验讨论:

1、注意事项: 1)制作核抗原片(印片)不宜太厚; 2)滴加的血清或荧光抗体要充分盖满抗原片; 3)荧光抗体孵育时要注意避光; 4)染色后的片子应及时镜检,不宜放置过久。 5)注意各步骤的漂洗要充分。 2、临床意义: 1)总的ANA检测在临床诊断与鉴别诊断中是一个极为重要的筛选试验。绝大多数自身免疫性疾病均可呈阳性。ANA阳性者进一步检测各亚类ANA抗体对明确诊断、临床分型、病情观察、预后及治疗评价有重要意义。 2)未经治疗的、活动性SLE的阳性率为80%-100%。药物性狼疮100%、全身硬皮病、混合性结绨组织病、狼疮性肝炎、原发性胆汁性肝硬化等。 3)干燥综合症(SS)、类风关、桥本甲状腺炎等。 3、间接免疫荧光法的优缺点: 优点: 1)制备一种荧光标记二抗(抗抗体)可用于多种Ab检测 2)特异性、灵敏度高 3)快速、可定位。 缺点: 1)需要荧光显微镜 2)存在非特异荧光干扰(产生原因:自发、抗体不纯、交叉反应、技术问题) 3)定性测定、判断结果不客观 4)制备片子难保存(荧光猝灭)

南京大学-原子力显微镜实验报告

南京大学-原子力显微镜实验报告

原子力显微镜实验报告 一.实验目的 1.了解原子力显微镜的工作原理 2.掌握用原子力显微镜进行表面观测的方法 二.实验原理 1.AFM工作原理 在原子力显微镜的系统中,可分成三个部分:力检测部分、位置检测部分、反馈系统。在AFM中用一个安装在对微弱力极敏感的微悬臂上的极细探针。当探针与样品接触时,由于它们原子之间存在极微弱的作用力(吸引或排斥力) ,引起微悬臂偏转。扫描时控制这种作用力恒定,带针尖的微悬臂将对应于原子间作用力的等位面,在垂直于样品表面方向上起伏运动, 因而会使反射光的位置改变而造成偏移量,通过光电检测系统(通常利用光学、电容或隧道电流方法)

对微悬臂的偏转进行扫描,测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化, 此时激光检测器会记录此偏移量,也会把此时的信号给反馈系统,以利于系统做适当的调整。将信号放大与转换从而得到样品表面原子级的三维立体形貌图像。AFM 的核心部件是力的传感器件, 包括微悬臂(Cantilever) 和固定于其一端的针尖。根据物理学原理,施加到Cantilever末端力的表达式为: =? F K Z ?表示针尖相对于试样间的距离, K为Cantilever的弹性Z 系数,力的变化均可以通过Cantilever被检测。 AFM 有三种不同的工作模式:接触模式、非接触模式和共振模式或轻敲模式。本实验采用接触模式:样品扫描时,针尖始终同样品“接触”,即针尖-样品距离在小于零点几个纳米的斥力区域。此模式通常产生稳定、高分辨图像。当沿着样品扫描时,由于表面

的高低起伏使得针尖-样品距离发生变化,引起它们之间作用力的变化,从而使悬臂形变发生改变。当激光束照射到微悬臂的背面,再反射到位置灵敏的光电检测器时,检测器不同象限会接收到同悬臂形变量成一定的比例关系的激光强度差值。反馈回路根据检测器的信号与预置值的差值,不断调整针尖一样品距离,并且保持针尖一样品作用力不变,就可以得到表面形貌像。 2.粗糙度的概念 表面粗糙度是反映零件表面微观几何形状误差的一个重要指标。表面粗糙度的评定参数很多,这里选用轮廓算数平均偏差Ra,微观不平度十点高度Rz,轮廓最大高度Ry作为系统纳米粗糙度测量的三个轮廓高度评定参数。 轮廓算数平均偏差Ra为取样长度内轮廓偏距绝

简述全内反射荧光显微术原理与应用

简述全内反射荧光显微术原理与应用 柳正(10589537) 北京大学医学部基础医学院生物物理系 【摘要】全内反射荧光显微术(Total internal reflection fluorescence microscopy TIRFM)是利用全内反射产生的消逝波激发样品,从而使样品表面数百纳米厚的薄层内的荧光团受到激发,荧光成像的信噪比大大提高。可以看到样品表面,单分子的活动情况。近年来,全内反射荧光显微术被生物物理学家们广泛应用于单分子的荧光成像中。文章综述全内反射荧光显微技术的基本知识,介绍几个运用全内反射荧光显微镜技术研究生物单分子的实例。 【关键词】:全内反射荧光显微镜消逝波单分子蛋白相互作用构像变化 1引言 从单分子水平上对生物分子行为(包括构象变化、相互识别、等)的实时﹑动态检测以及在此基础上的操纵等,研究者籍此可以深入理解生物活动的机制与产生生物分子效应过程。生物单分子成像技术在生物系统研究中已经广泛使用。随着生物单分子研究深入,越来越要求发展超高分辨率的成像与高信噪比成像技术。近些年来,发展前景被看好的单分子光学成像技术有全场相衬显微术、共焦荧光显微术,近场光学扫描显微术和全内反射荧光显微术[1]。这些技术在分子生物学、分子化学及纳米材料等领域受到广泛关注。其中,全内反射荧光显微术是利用全内反射产生的消逝波来照射样品,从而致使在样品表面数百纳米级厚度的光学薄层内的荧光团受到激发,使单分子成像。 全内反射荧光显微术发展历程,Hirsch field于1965年完成了第一个全内反射荧光实验,这是首次尝试用全内反射荧光法测液体中的单个分子的荧光。将全反射理论与生物细胞的荧光成像技术相结合是一种全新的突破。虽然它的具体应用还不到10年的时间,但是它在单分子探测中已显示出强大的生命力.1995年,Yanagida小组用TIRFM技术首次在液体溶液中得到了荧光标记的单个蛋白质分子的成像.1996年,Moerner小组又用这项技术实现了限制在丙烯酰胺胶体的纳米孔中的单分子的三维成像。至今该项技术已经应用到许多单分子的研究中,如肌球蛋白酶活性测量[2],肌收缩力的产生,荧光标记驱动蛋白动态研究[3]。另外蛋白的构像的动态变化[4][5],人工膜中膜蛋白的研究等[6][7]。 2. 全内反射的基本原理 全内反射是一种普遍存在的光学现象。一束平面光波从折射率为n1的介质进入到折射率为n2的介质中。入射光在界面上一部分发生反射,另一部分则发生透射见图1。入射角i和透射角r之间满足关系式 n1sini=n2sinr (1)

教育部《基础课实验教学示范中心》建设标准(讨论稿)

教育部《基础课实验教学示范中心》建设标准(讨论稿) 一、体制与管理 1、基础课实验教学示范中心(以下简称“中心”)属于校级实验中心,建制相对独立。中心实施校、院(系)两级管理,全面负责本科学生基础课实验教学工作。 2、学校负责中心的建设,提供其正常运转、维修及更新经费,教育部必要时给予支持。 3、中心实行主任负责制,主任由学校任免。中心实行人才流动、竞争上岗、定期考核的管理机制。 4、中心除承担学校本科基础课实验教学工作外,同时开展实验教学课程体系、内容、理论和技术方法、手段的研究,负责人员培训并提供开放服务。 5、中心向校内外开放,对外服务的收入可作为运行经费的补贴。 6、中心应具备先进的多媒体开放实验教学软硬件环境,实现实验教学、基本工作信息和仪器设备的计算机网络化管理,可作为向全国院校提供资源的网站和网络系统。 7、中心必须贯彻《高等学校实验室工作规程》(国家教委主任20号令),执行《高等学校仪器设备管理办法》(教高[2000]9号文件),在按照《高等学校基础课教学实验室评估办法和标准表》(教备[1995]33号文件),在按照《高等学校基础课教学实验室评估验收的基础上申请作为“基础课实验教学示范中心”,教育部经组织专家组审查认定后,授予“教育部基础课实验教学示范中心”称号。之后每四年复查一次,审查不合格的将取消资格。 二、实验教学 1、实验课程体系 实验课程同理论课程一样,是构成高等学校课程教学的重要组成部分。中心的基础课实验教学原则上应独立设课并形成完整、科学的实验教学课程体系。 中心应按照新世纪经济建设和社会发展对高素质人才培养的需求,在综合各个层次实验内容的基础上,建立相关内容融合、贯通和渗透,形成科学的相互联系的实验教学课程新体系。中心通过科学的设置实验项目,全面培养学生的实验技能、综合分析和解决问题的能力,使学生具有创新精神和实践能力。 2、实验教学项目 实验教学应包括以下几个层次: 基本实验教学; 提高型实验教学(综合性、设计性等); 研究创新型实验教学。 其中,基本实验项目应根据学科的不同占到所开实验项目的50%左右。 3、实验教学方法

高中生物实验 叶绿体的分离和荧光观察 实验报告

实验十一叶绿体的分离和荧光观察 一.实验目的 了解细胞匀浆和差速离心分级分离细胞组分的原理。了解提取叶绿体的基本原理及其过程,通过光学显微镜的观察了解体外分离的叶绿体的一般 形态,增加对叶绿体的感性认识。 掌握吖啶橙染色叶绿体的方法。 掌握显微数码拍照的方法。 二.实验内容 提取叶绿体,吖啶橙染色,观察染色结果。 显微数码拍照。 三.实验原理 将组织匀浆后悬浮在等渗介质中进行差速离心,是分离细胞器的常用方法。 在一定的离心场中,同一时间内,密度和大小不同的颗粒其沉降速度不同。依次增加离心力和离心时间,就能够使非均一悬浮液中的颗粒按其大小、密度先后分批沉降在离心管底部。叶绿体的分离应在等渗溶液(0.35mol/LNacl或0.4mol/L 蔗糖溶液)中进行。离心后可得沉淀的叶绿体。 四.实验方法与步骤 1.取嫩叶3g,洗净去柄去叶脉,剪碎放入研钵中。 2.加4ml0.35mol/LNacl,研磨匀浆,尼龙布过滤于离心管中1ml。 3.1000rpm离心2分钟弃去沉淀。 4.3000rpm离心15分钟,弃去上清液,将沉淀用少量0.35mNacl悬浮。 5.提取叶绿体观察:①普通光镜②荧光光镜③加吖啶橙。 6.撕取叶表皮观察:①普通光镜②荧光光镜③加吖啶橙。 a.在普通光镜下,可看到叶绿体为绿色椒榄形,在高倍镜下看到叶绿体内部含有较深的绿色的绿色小颗粒即基粒。 b.在荧光显微镜下,叶绿体发出火红色荧光。 c.加入吖啶橙染后,叶绿体可发也桔红色荧光。而其中混有的细胞核发

出绿色荧光菠菜叶手切片观察。 d.在普通光镜下可以看到三种细胞:表皮细胞:为边缘吐锯齿表的鳞片状细胞。保卫细胞:为构成气孔的成对存在的肾形细胞。叶肉细胞:为排成栅状的长形和椭圆形细胞。 5.显微数码拍照。 五.实验结果

简述全内反射荧光显微术的原理和应用

简述全内反射荧光显微术的原理和应用 摘要:全内反射荧光显微术(Total internal reflection fluorescence microscopy TIRFM)是利用全内反射产生的消逝波激发样品,使样品表面数百纳米厚的薄层内 的荧光团受到激发,再用高灵敏度和高时间分辨率的摄像机CCD来捕捉 荧光并用计算机进行显像,从而实现对生物样品观测的一种新生技术。 由于消逝波特点及CCD的优势使全内反射荧光显微镜具有高信噪比和高 时间分辨率,因此它在对单分子的动态观测具有很高的应用价值。本文 将对全内反射荧光显微镜的原理及应用和发展展望作一个简要的介绍。 关键词:全内反射消逝波衍射极限单分子的动态观测 0 引言:人类自诞生以来不但在不断的改进自己的生产工具,同时也在不断的改 进自己观察世界和了解这个世界的工具,其间显微镜的制造应改说为人类 观察微观世界打开了一扇窗户,它可以称得上是人类观察认识世界上的一 次革命。此后各种新的观察工具相继问世,使人类对微观世界的认识达到 了空前的高度。但是传统的光学显微镜由于受到光瞳远场衍射效应的影响, 存在分辨极限,瑞利将之归纳为R ≥0. 61λ/nsinθ,其中λ为成像光波波 长, nsinθ为物透镜的数值孔径,即NA 值,因此光学显微镜空间分辨极限~ 250 nm。于是人们研制了拥有点分辨率: 0.2nm的电子显微镜。进入80年代, 非光学类扫描探针显微术特别是原子力显微镜的出现更是将成像的分辨 率推进到纳米的精度。但这些显微技术在不同程度上存在系统结构复杂、 成像检测环境要求苛刻等困难,尤其是不能象光学显微术那样提供重要的 光学信息(如偏振态、折射率、光谱等)和进行无损伤性生物活体探测, 这些因素均严格限制了它们在高分辨率细胞成像中的应用。近年来人们开 发出了一系列光学显微镜如:目前国际上公认的最有前途的单分子光学成 像技术有全场相衬显微术、共焦荧光显微术,近场光学扫描显微术[1 ,2 ] 和全内反射荧光显微术.其高的空间分辨率和时间分辨率、无损伤、以及对 单分子活体探测的可行性,使得这些技术在分子生物学、分子化学、激光 医学及纳米材料等领域有着广泛应用,并将对未来的光测技术的发展和科 学的进步产生深远的影响。其中,全内反射荧光显微术是近年来新兴的一 种光学成像技术,它利用全内反射产生的隐失场来照明样品,从而致使在 百纳米级厚的光学薄层内的荧光团受到激发,荧光成像的信噪比很高。这 种方法的成像装置简单,极易和其它成像技术、探测技术相结合,目前已 成功的实现100nm甚至更低的空间分辨率。 1:全内反射荧光显微术的基本原理 1.1 全内反射 全内反射是一种普遍存在的光学现象。一束平面光波从折射率为n1的介质 进入到折射率为n2的介质中。入射光在界面上一部分发生反射,另一部分则 发生透射见图1。入射角i和透射角r之间满足关系式 n1sini=n2sinr (1)

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