玻璃膜片
为实现最高质量结果,激光显微切割采用特殊膜层覆盖的载玻片。这类膜层具有高紫外线吸收特性,尤其适用于冷光烧蚀(汽化)过程,被称为玻璃膜片。图 1a 左侧展示了此类膜片的示例。
膜层的边缘被粘贴在载玻片的上表面,从而在膜与玻璃基底之间形成一个空气隔离的矩形区域,用于放置样本。该膜经过特殊涂层处理,以确保样本的最佳附着效果。
一般而言,玻璃膜片在膜辅助激光显微切割(LMD)中具有广泛的应用潜力,并配备多种涂层以适应不同应用场景。
需谨慎处理薄膜以避免膜层损伤。应防止玻璃与膜层间积聚湿气,否则可能导致切割物黏附于玻璃基底上。玻璃载玻片配备两种不同类型的膜层:
- PPS(聚苯硫醚)
- PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)
图 1a 至 1c 分别展示了配备不同膜片的电动载物台、扫描载物台或 ITK LMT350 超精密载物台的标准样品夹持装置。图1从上至下依次为普通玻璃膜片(上)、框架膜片(中)和 Ibidi®专用膜片(下)。
PEN与PPS膜片
(载玻片尺寸:26 x 76毫米,激光显微切割可用区域19 x 41毫米)
标准载玻片采用PEN膜材质,适用于绝大多数激光显微切割应用场景,但植物研究等需使用极高激光能量的情况除外。PEN膜提供两种厚度规格:2.0微米与4微米。其中4微米版本是为配合Leica LMD系统特别研发的创新设计——相较于标准2微米膜,其机械强度更高,便于切片安装并降低装片过程中的膜损伤风险;同时更重的膜体质量使其能更有效地通过重力作用完成样本收集。
PEN膜载玻片还提供经认证的无RNase和DNas 版本,以确保在DNA 和RNA研究中无污染要求。与PEN膜片类似,PPS涂层膜载玻片也可用于几乎所有激光辅助显微切割技术。相较于PEN膜片,PPS膜载玻片具有更低的自发荧光和更光滑的表面结构,但对二甲苯等化学处理的耐受性较弱。使用玻璃载玻片时,需将组织面朝下放入样品架中,否则目标区域虽被切割但会落在膜与收集装置之间的玻璃基底上,而非直接落入收集容器内。
大尺寸PEN和PPS膜片
(载玻片尺寸:52 x 76毫米,激光显微切割可用区域39 x 45毫米)
此类PEN或PPS膜玻璃片专为超大样本设计,例如神经科学研究的组织切片。显微切割时需配备特殊样品架。大尺寸载玻片实物可参见图 2a 与图 2b。
框架膜片
(载玻片尺寸:26 x 76毫米,激光显微切割可用区域16 x 45毫米)
框式膜片由金属框架构成,可覆以多种材质的膜(图4b)。膜片可选配以下材质:
- PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)
- PPS(聚苯硫醚)
- PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)
- POL(聚酯)
- 氟碳(FLUO)
结合特殊的150倍空气干镜物镜(图3)——无需浸油即可实现亚细胞级分辨率,框架载玻片是单细胞和染色体应用的理想选择。由于使用框架载玻片时样本直接附着于薄膜上,它们尤其适用于极微小样本的切割,例如染色体切割。带有凸起表面结构的框架支撑件可精确嵌入框架载玻片前端的凹槽,便于将组织切片固定到膜上。这创造了一个平坦的表面并为膜提供支撑。框架支撑件在样本制备过程中通过为黏附于膜的样本提供足够的阻力和张力,构成了膜的支架(图4)。
然而,即使没有框架支撑件,框架载玻片也可用于装贴组织切片。
与有涂层加持的玻璃膜载玻片类似,带有PPS膜的框架载玻片几乎适用于任何应用场景。
采用POL膜的框架载玻片主要用于染色体显微切割(Post等人,MolEcoNotes,2006),需配合150倍空气干镜使用;而PET膜框架载玻片则特别适用于切割后进行质谱分析实验(Drummond 等人,Acta Neuropathol 2017)。与其他现有膜材相比,PET几乎不含增塑剂,而增塑剂可通过HPLC与蛋白质一同被纯化。此类增塑剂可能遮蔽部分质谱信号,导致某些谱带在受干扰区域无法显现。类似现象也会发生在收集过程中使用的PCR管。
特殊的FLUO膜尤其适合进行荧光成像、PH观察及真实微分干涉相差(DIC)模式观察。
载玻片框架亦可作为活细胞培养的样本载体使用。此时,矩形凹槽被当作培养皿。建议在此类培养过程中,将载玻片置于较大的培养皿内,待细胞接种至凹槽内的膜上后,用培养基完全覆盖。若使用PEN膜,培养细胞的形态不会改变;而其他类型的膜可能因表面特性差异导致培养细胞呈现不同形态。
对于难以附着在膜上的样本,可制作双框架载玻片夹层:只需将样本夹在两片框架膜之间,激光强度足以切割此类夹层结构。液滴或涂片样本同样适用于框架载玻片的激光显微切割操作。
针对植物样本及其他坚硬组织(如骨骼、牙齿等),推荐使用框架载玻片,因其对高功率激光的兼容性远优于普通玻璃载玻片。高功率激光可能导致玻璃表面烧焦,使得附着其上的材料更难以切割。
对于叶片等植物样本,完全无需使用膜载玻片作为载体,此类材料可直接用激光显微切割进行收集(Hölscher,《多酚研究新进展》(2019))。
离心管盖盖帽/微量离心管
通过激光显微切割(LMD)后,样品在重力作用下落入收集容器中,例如标准的薄壁微量离心管及其管盖。不同载玻片与管盖的组合是激光显微切割中最常见的应用之一。通常使用标准的0.2毫升和0.5毫升离心管,管盖可以是空的(干燥)或填充有适当的缓冲液或类似合适介质。例如,管盖中含有RNase抑制剂的溶液可以防止核酸在激光显微切割过程后立即降解。同样,蛋白质可以通过缓冲液保持在稳定状态。空的干燥管盖为识别切割物提供了便利,并能通过拍摄前后照片轻松对比。基本上,显微切割物可以转移到任何标准管盖中。图 5a 和 5b 展示了与管盖和微量离心管匹配的收集器。尽管也可以使用特殊的收集材料 OptiCaps(#11505169),但对于徕卡激光显微切割系统而言,这些并非必需。OptiCaps集成了光学元件以确保最佳的照明均匀性,也可能具有“粘附”特性。然而,对于徕卡激光显微切割系统(Leica LMD)而言,无需使用昂贵的非标准管盖,因为其收集过程依靠重力驱动,无需克服重力作用。
此外,还提供带有硅胶填充盖的1.5毫升离心管。借助LMT350量子载物台上多通道收集器的杠杆装置,可将填充盖与膜上的组织接触。这种配置有助于收集具有挑战性的粘性样本。
系统还支持直接收集至特殊样本装置中,例如用于组织匀浆、蛋白质提取及压力循环技术(PCT, PressureBioSciences Inc.)消解的PCT微量管。直接收集至这些装置可节省时间,无需二次移液操作。
通用支架适用于8孔联排、8 孔及12孔联排盖以及多孔载玻片,如18 孔Ibidi载玻片或LOC(实验室芯片)载玻片
徕卡独有的通用支架可适配同一载体中的多种收集装置,为不同应用场景提供多样化选择。此外,该支架高度可调,能将所选收集器贴近样本载体以最小化样本掉落距离。
8孔联排适用于大体积样本收集(如将活细胞收集到培养基中),8孔联排管盖是高通量应用的理想选择。此通用支架还可兼容腔室载玻片、多孔载玻片及LOC(实验室芯片)设备,例如:Ibidi®载玻片。所有装置均可作为激光显微切割的样本收集器。
8 孔联管 LCC
此类收集器的研发旨在提升后续活细胞分离检测的样本通量,可通过组合形成 96 孔板。图6a与6b分别展示了适配的8联管支架(LCC),这些支架可拼接成多孔板。多孔板是实施细胞培养高通量筛选的基础平台。
运用此类筛选技术,可在极短时间内分析海量单细胞培养物,并视需要进行再培养。
8联管与12联管盖
(适用于分子生物学/PCR)
0.2毫升8联管盖可作为激光显微切割的收集器。完成激光显微切割后,这些8联管盖可直接置于0.2毫升8联管或96孔PCR板上,以便直接放入PCR仪中进行后续操作(需提前申请)。实践证明,8联管盖特别适用于后续PCR、定量 PCR或其他需加热/冷却处理的实验流程,尤其适合大批量样本处理。
高度可调的48孔收集器(图8)支持同时放置六组8联管,使得单次实验即可轻松填充整块 96 孔板,极大提升了操作效率。
该通用支架同样适用于其他LOC设备,例如用于活细胞培养应用的18 孔Ibidi®载玻片和腔室载玻片(图9)。任何具有载玻片的x-y尺寸的自制收集装置,均可与此支架配合使用。
用于LCC模式的耗材
有多种样本载体适用于LCC(活细胞培养)中的激光切割、操作及筛选技术。徕卡提供为活细胞处理设计的LMD专用耗材:
- 培养皿(有含或不含PEN膜的版本可选)
- Ibidi®载玻片(有含或不含PEN膜可选)
这些带有PEN膜的耗材可作为切割样本载体,或即使不含PEN膜,也可作为活细胞激光操作的样本载体,同时还可作为再培养、克隆或下游分析的收集容器。
框架载玻片的矩形腔体同样适用于细胞培养(参见上文→框架载玻片)。
此外,培养皿以及带有PEN膜的 Ibidi®载玻片可与常用收集器兼容(0.5 毫升管、0.2毫升管、8孔联管、8联管盖、Ibidi载玻片、常规培养皿、多室培养载玻片及96孔板)。
培养皿
培养皿通常适用于活细胞培养(LCC),可选 PEN膜或不带PEN膜版本。图10b展示了先前在图2a和2b中展示的适用于大型PEN/PPS载玻片和培养皿的样本固定器;此处已插入带有PEN膜的培养皿替代大型载玻片。图10c则演示了将培养皿用作收集器的场景。
无PEN膜培养皿
(直径50毫米)
传统无PEN膜培养皿用于收集并重新培养显微切割物。此类培养皿虽不能用于激光显微切割的样本固定器,但适用于活细胞操作实验。通过延时摄影功能,可对选定区域进行LMD激光操作并实现长时程观察。
带PEN膜的培养皿
(直径50毫米,激光显微切割可用区域直径30毫米)
在带有PEN膜的培养皿中培养的细胞可在LCC模式下进行显微切割,并转移至其他培养皿(带或不带PEN膜)或其他合适的收集容器中。该膜可涂覆多聚赖氨酸或胶原以增强细胞粘附与生长。
Ibidi® 载玻片
(载玻片尺寸:26 x 76毫米,每孔可容纳30微升液体)
这些载玻片配有专为活细胞激光显微切割设计的凹槽。每片载玻片包含 18 个以PEN膜为基底的凹孔。
Ibidi®载玻片可与适用于LCC模式的所有收集器配套使用。
另一种无污染的方案是所谓的载玻片堆叠(图11b、11c),采用”三明治技术”将两片 Ibidi 载玻片上下叠放。经激光显微切割后的细胞会因重力直接落入固定在专用堆叠支架(图11b、11c)中的下一层 Ibidi载玻片上。既可进行后续再培养,也可对提取的细胞进行下游分析。
配套的盖帽可进一步避免污染。
Ibidi®载玻片也可与通用支架配合,用作像LOC一样的收集装置(图 11c)。
96 孔板
针对需要更高通量的实验,可提供96孔标准PCR板(半裙边、无裙边或全裙边)的方案,允许用户同步收集多达96个不同实验的样本材料。这些板可直接装入标准PCR仪中使用。此外,还提供适用于活细胞的96 孔板支架,例如用于克隆目的。
另有一种收集器选项,可直接将样本切割至由 Covaris®公司专为超声处理设计的特殊96孔板中。