激光共聚焦显微镜分析技术共59页文档
激光扫描共聚焦显微镜
1、 选择好适宜的荧光探针。 原则上讲,无论是荧光素还是荧光标记抗体均 可用于LSCM 。如果打算用2种以上荧光标记物,要 注意它们是否激发光波长及发射光波长能区别开， 还要注意是否与LSCM的激发器相匹配，要根据现有 的激发波长来选择荧光标记物。
• 不同的荧光探针在不同标本的效果常有差异，故除综合 考虑以上因素以外，有条件者应进行染料的筛选，以找 出最适的荧光探针。
6.观察活细胞、活组织：ＬＳＣＭ在不损伤
细胞的前提下，对活组织、活细胞进行观 察和测量，这不仅省去了繁琐的样品前期 处理过程(如脱水、脱蜡、染色等);而且观 察过的样品还可以继续用于其他的研究。 这种功能对于细胞培养、转基因研究尤为 重要。这可以说是ＬＳＣＭ最大的优势。
7. 生化成分精确定位观察配合专用的分子探 针，对于要检测的成分不仅可以定位到细 胞水平，还可以定位到亚细胞水平和分子 水平。
2015/6/12
激光扫描共聚焦显微镜：以激光作为激发光源，采用 光源针孔与检测针孔共轭聚焦技术，对样本进行断层扫 描，以获得高分辨率光学切片的荧光显微镜系统.
形态学研究：组织细胞 标本的抗原免疫荧光检 测，凋亡检测…
目的结构是用荧光探针标记的， 都可以用激光共聚焦显微镜观察
分子生物学：荧光原位杂交对DNA 和RNA定量，外源基因在真核细胞 的表达及定位，蛋白质相互作用 (FRET)…
4. 采 用点扫描技术将样品分成无数个点，用十分细小的激光 束逐点逐行扫描成像，再通过电脑组合成一个整体。传统的 光镜在场光源下一次成像，标本上每一点都会受到相邻点的 衍射光和散射光的干扰。这两种图像的清晰度和精密度是无 法相比的。
5.光电倍增管：检测设定范围内的光信号，并将光信号转换成 电 信号，相当于相机中的CCD或胶卷。 PMT只能检测到信号的强弱，不能记录信号的颜色，记录 的 结果通过信号强度和填充颜色表示。PMT单位用电压值V 表示，数值越大代表信号倍增越大，提高倍增会同时增加图 像的正常信号强度和噪声信号强度，使图像的信噪比下降。
激光共聚焦技术课件
荧光探针的种类及应用
原位鉴定细胞或组织内生物大分子、观察细胞及亚 细胞形态结构
• 检测蛋白质、抗体及其他分子：荧光蛋白（GFP、
YFP等）
活体细胞或组织功能的实时动态监测
• 实时定量测定细胞内Ca2+变化：fluo-3/AM，fura-2
激光共聚焦技术课件
荧光探针标记样品的过程
样品预处理 给药、切片或细胞标本的制备 荧光探针标记样品
需有光路转换装置。即汞灯与激光转换，同时 汞灯光线强度可调。
荧光镜座要有防震动装置。
激光共聚焦技术课件
激光共聚焦显微镜工激作光共原聚焦理技示术课意件 图
激光经放大、 分光后由物镜 聚焦于焦平面 上，同时，焦 平面上被激光 扫描的点F所发 出的一定波长 的荧光通过检 测针孔光栏达 到检测器，并 成像于显示器 上，得到相应 的荧光图象。
激光共聚焦技术课件
目的蛋白细胞器定位观察
35S:GFP
Bright
a
GFP
b
Merged
c
35S:BrTTG1-GFP
d
e
f
TTG1在津田芜菁洋葱表皮细胞中的瞬时表达检测 A-C：GFP蛋白在洋葱表皮细胞中的表达；D-F：TTG1-GFP融合蛋白在洋葱表皮细胞中的表达； A、D：透射光下的表皮细胞；B、E：发射光下的洋葱表皮细胞；C、F：发射和透射复合光下的洋葱表皮细胞
激光共聚焦显微镜基本操作
获取共焦图像的步骤
在 VIS 模式中观察样品 装入 LSM 配置 扫描图像 保存图像
激光共聚焦技术课件
不同厚度光切图像
激光共聚焦技术课件
Z轴扫描
Z轴扫描、时间系列扫描
时间系列扫描
激光扫描共聚焦显微镜技术讲解
激光扫描共聚焦显微镜技术Laser Scanning Confocal Microscope——基础篇李治国细胞的内在生活显微镜的发展史没有显微镜就不可能有细胞学诞生。
1590年，荷兰眼镜制造商J 和Z.Janssen 父子制作了第一台复式显微镜。
1665年，英国人Robert Hook首次描述了植物细胞(木栓，命名为cella 。
1680年，荷兰人A.van Leeuwenhoek成为皇家学会会员，他一生中制作了200多台显微镜和400多个镜头，用设计较好的显微镜观察了许多动植物的活细胞与原生动物。
Made by A.van Leeuwenhoek (1632-1723.Magnification ranges at 50-275x.显微镜的最重要参数——分辨力显微镜物象是否清楚不仅决定于放大倍数，还与显微镜的分辨力（resolution ）有关。
分辨率是指区分开两个质点间的最小距离各种显微镜的分辨能力光学显微镜（light microscopy）0.2μm电子显微镜 (Electro microscopy 0.2nm扫描遂道显微镜 (scanning tunneling microscope 0.2nm以下 1932年，德国人M.Knoll 和E.A.F.Ruska 发明电镜，1940年，美、德制造出分辨力为0.2nm 的商品电镜。
1981年，瑞士人G.Binnig 和H.RoherI 在IBM 苏黎世实验中心（Zurich Research Center）发明了扫描隧道显微镜而与电镜发明者Ruska 同获1986年度的诺贝尔物理学奖。
常用的光学显微镜（light microscopy普通光学显微镜暗视野显微镜相差显微镜偏光显微镜微分干涉显微镜荧光显微镜激光共焦扫描显微镜普通光学显微镜原理普通光学显微镜原理图1. 构成：①照明系统②光学放大系统③机械装置2. 原理：经物镜形成倒立实像，经目镜放大成虚像。
激光共聚焦显微镜分析技术
狭分缝光谱扫描
光谱扫描带宽 精度 2 纳米
滤光片系统 OTE
灵敏度较光谱式差
光学能量转移效率
94%
98% 88.5% 86.7% 90.3% 88.5% 100%
光谱式探头
棱镜分光,狭缝扫描,全无滤片
• 第一优势:提高灵敏度 • 光谱式与滤光片比较： 88% 对 61% • 为了达到相同样品质量 (相同探测发射 能量), 较低OTE 的仪器需要较高激光能 量作为激发以致更大机会做成样品漂白 ，干 扰 PSF, 因此降低图象质量
• Seamless recording of full spectrum
• Up to 4 PMT´s with individual gain adjustments to compensate for emission properties of stains
(PMT=Photomultiplier tube)
激光光源扫描器内装有针孔光栏分光镜发射荧光单色器及检测器荧光显微镜装有微米步进马达系统光学装置计算机图像存储与处理及控制系统
激光共聚焦显微镜技术 第2章
激光扫描共聚焦显微镜的基本结构、 工作原理及基本功能
一 、激光扫描共聚焦显微镜的基本结构和工作 原理 激光扫描共聚焦显微镜是一种用于图像采集 和分析的大型精密仪器。其主要由以下几部分组 成:激光光源、扫描器（内装有针孔光栏、分光 镜、发射荧光单色器及检测器)荧光显微镜（装 有微米步进马达）系统、光学装置、计算机图像 存储与处理及控制系统。
Emission Filter Emission Pinhole
Principle of a standard Confocal
Detector
Barrier Filter Fixed characteristics Pinholes
激光扫描共聚焦显微镜图文讲解
激光扫描共聚焦显微镜吴旭2008.10.14高级显微镜原理正置、倒置显微镜细胞遗传工作站活细胞工作站激光显微分离系统激光共聚焦显微镜概述激光扫描共聚焦显微镜（Laser scanning confocalmicroscope ，LSCM ）生物医学领域的主要应用通过一种或者多种荧光探针标记后，可对固定的组织或活体样本进行亚细胞水平结构功能研究高空间分辨率、非介入无损伤连续光学切片、三维图像、实时动态等细胞结构和功能的分析检测……Conventional fluorescence microscope Confocal microscope历史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。
1967年，Egger 和Petran 成功地应用共聚焦显微镜产生了一个光学横断面。
1977年，Sheppard 和Wilson 首次描述了光与被照明物体的原子之间的非线性关系和激光扫描器的拉曼光谱学。
1984年，Biorad 为公司推出了世界第一台商品化的共聚焦显微镜，型号为SOM-100，扫描方式为台阶式扫描。
1986年MRC-500型改进为光束扫描，用作生物荧光显微镜的共聚焦系统。
Confocal microscopy comes of ageJG White & WB Amos. Nature 328, 183 -184 (09 July 1987Zeiss 、Leica 、Meridian 、OlympusZeiss LSM510 激光扫描共聚焦显微镜Zeiss LSM510 META 激光扫描共聚焦显微镜Zeiss LSM510 META 激光扫描共聚焦显微镜Nikon A1R 激光扫描共聚焦显微镜Prairie UltimaIV 活体双光子显微镜国家光电实验室（武汉）自制随机定位双光子显微镜Leica TCS SP5 激光共聚焦扫描显微镜基本原理相差、DIC 常用荧光标记共聚焦原理Two ways to obtain contrast in light microscopy. The stained portions of the cell in(A reduce the amplitude of light waves of particular wavelengths passing through them.A colored image of the cell is thereby obtained that is visible in the ordinary way. Light passing through the unstained, living cell (B undergoes very little change in amplitude, and the structural details cannot be seen even if the image is highly magnified. The phase of the light, however, is altered by its passage through the cell, and small phase differences can be made visible by exploiting interference effects using a phase-contrast or a differential-interference-contrast microscope.D. Phase-contrast or adifferential-interference-contrast microscopeFour types of light microscopy. (A The image of a fibroblast in culture obtained by the simple transmission of light through the cell, atechnique known as bright-field microscopy.The other images were obtained by techniques discussed in the text: (B phase-contrast microscopy, (C Nomarski differential-interference-contrast microscopy, and (D dark-field microscopy.常用荧光探针Proteins Nucleic Acids DNA Ions pH Sensitive Indicators Oxidation States Specific Organelles荧光显微镜原理明场：透射荧光：落射落射的优点：物镜的聚光镜作用使视场均匀，发射光强度高。
激光共聚焦显微镜技术
共聚焦显微技术应用
遗传学和组胚学 如：细胞生长、分化，细胞的三维结构， 染色体分析，基因表达，基因诊断等
神经生物学 如：神经细胞结构，神经递质的成分、运输 和传递
微生物学和寄生虫学 如：细菌、寄生虫形态结构 病理学及病理学临床应用 如：活检标本的快速诊断，肿瘤
诊断，自身免疫性疾病的诊断 免疫学、环境医学和营养学 如：免疫荧光标记（单标、双
显微镜的基本结构
（1）机架 显微镜的主体部分，包括底座和弯臂。 （2）目镜筒 位于机架上方，靠圆形燕尾槽与机架固定 目镜插在其上。根据有否摄像功能，可分为双目镜筒和三 目镜筒；根据瞳距的调节方式不同，可分为铰链式和平移 式。 （3 ）物镜转换器 它是一个旋转圆盘，上有3～5个孔， 分别装有低倍或高倍物镜镜头。转动物镜转换器就可让不 同倍率的物镜进入工作光路。 （4）载物台 是放置玻片的平台，其中央具有通光孔。 台上有一个弹性的标本夹，用来夹住载玻片。右下方有移 动手柄，使载物台面可在XY双方向进行移动。 （5）调焦机构 利用调焦手轮可以驱动调焦机构，使载 物台作粗调和微调的升降运动，从而使被观察物体对焦清 晰成像。 （6） 聚光器调节机构 聚光器安装在其上，调节螺旋可以 使聚光器升降，用以调节光线的强弱。
Confocal是一种高级荧光显微镜 普通荧光显微镜
照明光源：激光器－ 点光源； 照明光源：汞灯、氙灯－场光
照明/扫描方式：点照明/点扫描； 源；
成像方式：点成像（高灵敏PMT） 照明方式：面照明；
共聚焦原理：点光源、物点、像 成像方式：面成像（胶片，
点时刻保持共轭焦距
CCD）
共聚焦显微技术应用
细胞生物学如：细胞结构、细胞骨架、细胞膜结构、流动 性、受体、细胞器结构和分布变化、细胞凋亡机制；各种 细胞器、结构性蛋白、DNA、RNA、酶和受体分子等细 胞特异性结构的含量、组分及分布进行定量分析；利用特 定的抗体对紫外线引起的DNA损伤进行观察和定量；分析 正常细胞与癌细胞的细胞骨架及其与核改变之间的关系； 细胞黏附行为等
激光共聚焦显微镜分析技术
激光共聚焦显微镜分析技术
精确
激光共聚焦显微镜（LSCM）是一种用于观察小型生物样品的先进显微技术，它可以在不损坏样品的情况下实现高分辨率图像。
激光共聚焦显微镜的工作原理是将激光束通过多个激光器，焦距变换棱镜，准直镜和口径镜而将激光束聚至样品上。
激光共聚焦显微镜可以实现多维成像，形成三维立体图像，从而使细胞学家可以清楚地观察到一个单细胞内的复杂结构和特性。
LSCM系统组成
激光共聚焦显微镜（LSCM）由显微镜和激光源组成。
显微镜由立方体成像系统，透镜，棱镜，口径镜和准直镜组成。
立方体成像系统可以分辨和叠加激光束并将其导向棱镜,准直镜，口径镜和样品的组合。
立方体成像系统中的激光束可以发生变化和移动，从而更改样品的位置，聚焦位置和整个显微镜系统的焦距。
准直镜，棱镜和口径镜也可以更改激光束的衍射和偏折，以更改激光束的形状。
准直镜，棱镜和口径镜也可以调节激光束的强度，以调节显微图像的亮度。
激光源。
激光共聚焦扫描显微镜技术
激光共聚焦扫描显微镜技术一、简介激光共聚焦扫描显微镜在普通光镜基础上引入共聚焦装置，该装置能够排除非焦平面及焦平面非焦点光斑信息，大大提高分辨率和图象清晰度。
在此基础上，由于计算机及相应的软件技术组合，可以对较厚样品进行连续光学切片及三维重建。
目前，激光共聚焦显微镜（LSCM）技术已广泛应用于生物医学领域。
本文对LSCM的应用原理、较普通光镜的优点及生物学应用做简单介绍。
激光共聚焦扫描显微镜是随着光学、视频、计算机等技术的迅速发展而诞生的一种高科技产品。
其组成除光学显微镜部分之外主要由激光光源、扫描装置、检测器、计算机系统（包括数据采集，处理，转换，应用软件）、图象输出设备、光学装置和共聚焦系统组成。
在生物医学等研究领域中发挥重要作用，尤其在研究和分析活细胞结构、分子、离子的实时动态变化过程，组织和细胞的光学连续切片和三维重建等方面，是传统的光学显微镜所望尘莫及的。
二、 L SCM的主要组成部分及工作原理：illuminating pinhole:照明针孔功能：使激光经过照明针孔后形成点光源，点光源具有光源方向性强、发散小、亮度高、高度的空间和时间相干性以及平面偏振激发等独特的优点。
且与detector pinhole(探测器针孔)及焦平面形成共聚焦装置。
beamsplitter:光束分离器功能：将样品激发荧光与其他非信号光线分开。
Objective:物镜Focal plane:焦平面功能：激光点光源照射物体在焦平面处聚焦，激发荧光标记的样本发射荧光，形成焦点光斑。
该光斑经过objective,beamsplitter等一系列装置的处理，分别在illuminating pinhole及detector pinhole两处聚焦。
共聚焦的含义由此而来。
detector pinhole:探测器针孔功能：与beamsplitter作用类似，起到空间滤波器的作用。
最大限度的阻碍非聚焦平面散射光和聚焦平面上非焦点斑以外的散射光，以保证探测器针孔所接受到的荧光信号全部来自于样品光斑焦点位置，因此样品上衍射聚集光斑和探测器针孔成像光斑包含相同信息（两点共轭）。