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《超高分辨活細(xì)胞成像系統(tǒng)技術(shù)講述》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、GE超高分辨活細(xì)胞成像系統(tǒng)利用活細(xì)胞成像工作站進(jìn)行細(xì)胞和基因的功能研究，是生物醫(yī)學(xué)研究的最新趨勢。固定細(xì)胞觀察僅能提供固定瞬間細(xì)胞的靜態(tài)信息，無法反映細(xì)胞在正常生理生化條件下的狀態(tài)。活細(xì)胞觀察，對處于正常生理狀況下的細(xì)胞進(jìn)行全程掃描和記錄，獲得其連續(xù)、全面、動態(tài)過程由于其顯示的正常細(xì)胞動態(tài)的活動過程，很容易發(fā)現(xiàn)和確定細(xì)胞間相互作用和信號傳導(dǎo)的過程，以及在活細(xì)胞水平上的生物分子間的相互作用，不僅可以解決長期以來懸而未解的問題，更為未來的研究提出新的問題，指出新的方向。一、活細(xì)胞成像系統(tǒng)原理目前主流的活細(xì)胞成像系統(tǒng)從原理上可以分為兩大類：?基于寬場反卷積技術(shù)
2、?基于共聚焦技術(shù)兩種技術(shù)作為目前最流行的活細(xì)胞成像技術(shù)，均可以實現(xiàn)在維持細(xì)胞存活的情況下，快速獲取單一焦平面的信號，在具體性能上則各有擅長。寬場反卷積技術(shù)對光線進(jìn)行反卷積運算是光學(xué)成像領(lǐng)域的成熟技術(shù)，最早由美國國家航空航天局開發(fā)并成為觀察微弱天體信號的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。去卷積和共聚焦技術(shù)是光學(xué)顯微鏡領(lǐng)域獲得單一焦平面光線的兩大主流技術(shù)(J.M.Murray,livecellimaging,2010)。通過將非焦平面的光線還原至焦平面上，大大提高了樣品信號的強(qiáng)度以及圖像的信噪比。由于去卷積技術(shù)設(shè)計到大量的后期運算，因此在高性能計算機(jī)發(fā)明以前，一直受制于運算能力，沒
3、有得到大規(guī)模的推廣。隨著近年來計算機(jī)性能的大幅提升和價格的下降，去卷積技術(shù)逐漸成為光學(xué)顯微鏡的主流技術(shù)。一個點光源經(jīng)過顯微鏡的光路，由于鏡片對光線的衍射和散射，最終呈現(xiàn)在觀察者面前的是一個模糊的點，所以點光源變成模糊的點的過程即為卷積。反卷積就是把模糊的點還原成點光源的過程。以API公司的DeltaVision系統(tǒng)為例，其反卷積過程經(jīng)歷以下幾步：1)首先通過無數(shù)的計算和實驗，得到點光源經(jīng)過顯微鏡物鏡后變模糊的規(guī)律，建立模型。2)選擇完美的物鏡，保證樣品信號經(jīng)過物鏡后變模糊的規(guī)律符合步驟一中得到的模型。3)將通過顯微鏡光路的所有的光信號進(jìn)行收集，因為點光源
4、經(jīng)過顯微鏡光路后會變成一個空間中的倒圓錐形，所以在收集信號的時候需要很準(zhǔn)確的記錄信號的Z軸信息。4)對收集到的所有光信號按照步驟一中的模型進(jìn)行還原，最終將模糊的點還原成清晰的點，客觀反映它在空間的位置和強(qiáng)度。目前去卷積技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于生物學(xué)圖像的研究中。共聚焦技術(shù)共聚焦顯微鏡它采用點光源(pointlightsource)照射標(biāo)本,在焦平面上形成了一個輪廓分明的小的光點(lightspot),該點被照射后發(fā)出的熒光被物鏡收集,并沿原照射光路回送到探測器。探測器前方有一個針孔(pinhole),幾何尺寸可調(diào)。這樣,來自焦平面的光,可以會聚在探測針孔范
5、圍之內(nèi),而其它來自焦平面上方或下方的散射光,都被擋在探測針孔之外而不能成象。光束掃描器又分為單光束、多光束或狹縫掃描器幾種。其中單光束掃描獲得的圖像質(zhì)量最好,狹縫掃描器雖然產(chǎn)生圖像的速率很高(可達(dá)實時水平),但其圖像信噪比低于單光束掃描,這是因為從狹縫長軸來的漫射光不能被有效遮擋。多光束掃描如碟片式共聚焦是由電動馬達(dá)驅(qū)動Nipkow盤旋轉(zhuǎn)而實現(xiàn)的,其熒光量較低,速率一般較高。寬場反卷積技術(shù)與共聚焦技術(shù)比較表二、API高分辨活細(xì)胞成像系統(tǒng)的主要特點DeltaVision活細(xì)胞成像系統(tǒng)有以下優(yōu)勢：1）高靈敏：得益于精密和高效的光路，以及領(lǐng)先的還原型反卷積技術(shù)
6、，DeltaVision將寬場顯微鏡的靈敏度和分辨率提高到新的水平，標(biāo)準(zhǔn)配置下最低可以探測到13個GFP分子，成為目前為止最靈敏的光學(xué)顯微系統(tǒng)之一。HIV病毒通過DC細(xì)胞和T細(xì)胞的接觸侵染T細(xì)胞，綠色顆粒為HIV病毒1）高速：標(biāo)配下可達(dá)到21幀/秒（512×512）的成像速度。當(dāng)配備EM-CCD后，最高可達(dá)到224幀/秒（64×64），可用于囊泡運動和鈣火花等快速的生理生化過程觀察。2）低光毒性：得益于靈敏度的顯著提高，即使微弱的熒光，也可以收集到足夠的信號，因此激發(fā)光的強(qiáng)度和時間可以大幅度減少。光損傷和光淬滅不再是活細(xì)胞和微弱熒光觀察的障礙。3）智能：
7、焦點漂移和細(xì)胞脫離視野是活細(xì)胞觀察的夢魘。DeltaVision特有的自動對焦（autofocus）和細(xì)胞跟蹤（celltracking）功能，不僅可以自動維持焦平面的穩(wěn)定，而且能夠跟蹤移動的細(xì)胞，使這些問題迎刃而解，長時間連續(xù)的活細(xì)胞觀察不再困難。通過對熒光信號和細(xì)胞輪廓的識別，DeltaVision可以精確的跟蹤需要觀察的細(xì)胞。4）免維護(hù)：整個系統(tǒng)無易損易耗部件，光源壽命在5000小時以上，可正常使用7-10年以上，無需更換光源和校準(zhǔn)光路。。系統(tǒng)控制和圖形處理基于Linux操作系統(tǒng)，更適合多線程控制和數(shù)據(jù)處理，不僅大幅度降低了數(shù)據(jù)處理時間，也避免了在
8、數(shù)據(jù)傳輸過程中感染病毒的危險。人性化的softWoRX軟件簡單易用，一個對話框內(nèi)
