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顯微成像·洞察微觀之美

Microscopic imaging, insight into the beauty of micro

細(xì)胞生物學(xué)應(yīng)該用什么顯微鏡？

發(fā)布時(shí)間：2025-10-10

訪問(wèn)量：418

一、細(xì)胞生物學(xué)概念

細(xì)胞生物學(xué)是以細(xì)胞為研究對(duì)象，從細(xì)胞的顯微水平、亞顯微水平和分子水平三個(gè)層次，研究細(xì)胞結(jié)構(gòu)、功能和生活史。顯微結(jié)構(gòu)一般是指大概輪廓，大的結(jié)構(gòu)，如線粒體，葉綠體，細(xì)胞核等，其分辨力大于0.2微米，可在光學(xué)顯微鏡下觀察；亞顯微結(jié)構(gòu)是更具體的結(jié)構(gòu)，如細(xì)胞膜，核膜，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜等，其分辨力小于0.2微米，受制于光學(xué)顯微鏡的衍射峰值，需用電子顯微鏡才能夠分辨，但電子顯微鏡不適用于活細(xì)胞成像，很多應(yīng)用研究也只需確定該亞顯微物質(zhì)的分布而無(wú)需明確具體結(jié)構(gòu)，因此通?？赏ㄟ^(guò)熒光標(biāo)記等方式使用寬場(chǎng)熒光顯微鏡或共聚焦顯微鏡等進(jìn)行研究。

明美顯微鏡相機(jī)MC50-S下的細(xì)胞成像

二、顯微成像技術(shù)在細(xì)胞生物學(xué)中的應(yīng)用

細(xì)胞生物學(xué)主要對(duì)細(xì)胞的生命活動(dòng)進(jìn)行研究，包括生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖、遺傳、變異、衰老、死亡、代謝、調(diào)控、分化等，使用光學(xué)顯微鏡可以進(jìn)行的研究?jī)?nèi)容有以下幾種：①生物膜與細(xì)胞器；②細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)；③細(xì)胞骨架體系；④細(xì)胞核、染色體及基因表達(dá)；⑤細(xì)胞增殖及其調(diào)控；⑥細(xì)胞分化及干細(xì)胞；⑦細(xì)胞死亡；⑧細(xì)胞衰老；⑨細(xì)胞工程。

這些研究都基于對(duì)細(xì)胞顯微水平及亞顯微水平的觀測(cè)：

（1）研究細(xì)胞顯微層面的形態(tài)、活動(dòng)，如細(xì)胞遷移、胞吞、細(xì)胞的纖毛和鞭毛運(yùn)動(dòng)等

細(xì)胞一般呈透明狀，未經(jīng)染色的標(biāo)本或活細(xì)胞，適用于相差觀察，如活細(xì)胞培養(yǎng)（劃痕實(shí)驗(yàn)、遷移實(shí)驗(yàn)）

（2）細(xì)胞亞顯微水平的染色及熒光標(biāo)記觀測(cè)

細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)大小一般小于0.2微米，使用光學(xué)顯微鏡無(wú)法觀測(cè)其具體結(jié)構(gòu)，但可利用其結(jié)構(gòu)中的蛋白質(zhì)或核酸等物質(zhì)，選擇合適的熒光染料與其結(jié)合，通過(guò)熒光顯微鏡觀測(cè)熒光信號(hào)從而判斷該物質(zhì)的分布和活動(dòng)。

MF53-N下的細(xì)胞有絲分裂

三、顯微成像技術(shù)在細(xì)胞生物學(xué)應(yīng)用中的挑戰(zhàn)

細(xì)胞生物學(xué)成像有以下幾個(gè)難點(diǎn)需要注意：

? 細(xì)胞的長(zhǎng)時(shí)間活性和健康度需要培養(yǎng)條件支持。細(xì)胞的活性和健康度需要合適的溫度、濕度和氣體培養(yǎng)條件支持，離開(kāi)了這些條件細(xì)胞無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間保持活性。如果觀察和實(shí)驗(yàn)可以短時(shí)間完成，那么離開(kāi)培養(yǎng)條件后盡快完成觀察和實(shí)驗(yàn)即可。對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間觀察的細(xì)胞活動(dòng)，則需要考慮把成像設(shè)備放到培養(yǎng)箱里，或者把培養(yǎng)皿放到成像設(shè)備上然后使用微流控細(xì)胞芯片分析儀等調(diào)節(jié)、保持培養(yǎng)條件。

（MF53-N+MSX2拍攝的細(xì)胞劃痕實(shí)驗(yàn)狀態(tài)）

? 不合適的光源可能損傷細(xì)胞活性和健康度。高能量的激發(fā)光（如汞燈的紫外線）、高強(qiáng)度的光照（如共聚焦的激光光源）、長(zhǎng)時(shí)間照射，會(huì)影響細(xì)胞的活率和健康度，這在傳統(tǒng)汞燈光源中比較明顯。使用LED冷光源的寬場(chǎng)熒光顯微鏡，做無(wú)需染色的相襯或者霍夫曼調(diào)制相襯觀察，是光源性損傷更低的方案，需要熒光染色時(shí)使用低光毒性的的長(zhǎng)波段熒光染料（如cy5、cy5.5、cy7等），搭配盡可能低的光強(qiáng)和盡可能短的激發(fā)/成像時(shí)間，也是一種思路。

低光毒性的LED光源相襯觀察

? 熒光染料可能損傷細(xì)胞健康。熒光染料的毒性和激發(fā)光的光毒性會(huì)使細(xì)胞健康處于不良的狀態(tài)，典型的是DAPI和Hoechst，這些染料有一定的毒性，并且使用有光毒性的紫外光激發(fā)，對(duì)于這種情況，建議在染色后盡快實(shí)驗(yàn)，并盡量縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

? 不合適的熒光染料搭配會(huì)導(dǎo)致成像不理想。熒光染料不合適或過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致光譜重疊、非特異性染色，背景信號(hào)會(huì)增強(qiáng)，影響熒光成像效果。為了避免這種問(wèn)題，需要合理選擇染料的種類和數(shù)量，盡量錯(cuò)開(kāi)發(fā)射波段，并針對(duì)染料選擇合適的濾光片，通常使用窄帶發(fā)射濾光片會(huì)有更好的效果。另外還可通過(guò)加入適量背景試劑減少背景熒光。

? 熒光成像考驗(yàn)相機(jī)的靈敏度。熒光成像屬于弱光成像，普通顯微鏡相機(jī)可能會(huì)出現(xiàn)成像時(shí)間長(zhǎng)、背景噪聲高的問(wèn)題，拍攝的圖片容易糊掉。使用高靈敏度的相機(jī)，可以降低成像時(shí)間，減少光毒性影響，并減少背景噪聲，這對(duì)于紫外成像和紅外成像來(lái)說(shuō)更加明顯。對(duì)于650nm以上的紅外波段成像，還需要用到去除了藍(lán)玻璃/IRCF的sCMOS科研級(jí)相機(jī)（黑白）。

? 焦面漂移，觀察目標(biāo)可能會(huì)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中因移動(dòng)而失焦。具有自動(dòng)聚焦功能的活細(xì)胞成像儀，可以幫助您保持更長(zhǎng)的目標(biāo)聚焦時(shí)間并減少焦點(diǎn)漂移。另外，將細(xì)胞培養(yǎng)在恒定溫度并保持容器中溶液的體積恒定也有助于解決聚焦漂移問(wèn)題

四、明美推薦方案