选择研究用显微镜时应考虑的因素

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Shown is the DMi8 inverted microscope which is used for life-science research.

十二月 16, 2025

选择研究用显微镜时应考虑的因素

什么是适合我的科研显微镜？本文将简要介绍您在选择光学研究显微镜时应注意的主要功能。

Shown is the DMi8 inverted microscope which is used for life-science research. Research-microscope-Leica-DMi8_01.jpg

光学显微镜通常是生命科学研究实验室的核心设备之一。它可用于各种应用，揭示许多科学问题。因此，显微镜的配置和功能对其应用范围至关重要，从明视野显微镜到荧光显微镜，再到活细胞成像。

本文简要概述了显微镜的相关功能，并总结了在选择研究用显微镜时应考虑的关键问题。

您使用哪种样本？

在选择研究用显微镜时，首先要考虑的是要探究的标本类型。对于玻璃载玻片上的固定样本，可以使用正置显微镜。活细胞需要特殊的显微功能，因为它们保存在装满培养基的大型细胞培养容器中。

倒置配置，即物镜在样品下方，聚光镜在样品上方，可以使物镜靠近细胞，同时又能很好地接近细胞，例如用于微型机械手。

此外，活细胞需要适当的生存环境。温度和_二氧化碳浓度必须保持在一定值，因此需要一个孵育箱。

Left) Glass slide used to mount fixed samples, e.g. histological sections. Right) Petri dish used for cell culture.

Left) An upright microscope features the objective above and the condenser below the specimen on the stage. Right) With an inverted microscope, this setup is turned upside down, giving the users more space from above to access the specimen, while below the objective is within the required proximity of the specimen for focused imaging.

左图）正置式显微镜的特点是物镜在上方，聚光镜在平台上标本的下方。右图）使用倒置显微镜时，该装置被翻转过来，使用户有更大的空间从上方接触标本，而下方的物镜则在标本所需的近距离内进行聚焦成像。

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您在哪些方面开展工作？

样品有三个维度：长度（x）、宽度（y）和高度（z）。有些图像，如组织切片，只能在 xy 方向上成像。其他应用（如活细胞）则需要在 Z 维上进行采集。要对标本进行三维成像，建议使用电动物镜旋转器在聚焦范围内逐步引导。成像软件应将单平面图像叠加在一起，以实现三维可视化。

对于活细胞来说，时间也很重要。在这种情况下，系统的稳定性至关重要。由于温度变化会影响成像系统，因此必须采取有效的应对措施。自动对焦调节与自适应对焦控制 (AFC) 一样，可以抵消这些热影响并保持预定义的对焦。

The adaptive focus control (AFC) automatically stabilizes the microscope focus during long-term time-lapse acquisition. A sensor detects movements of an LED light beam (850 nm wavelength) on the cover glass of the specimen. The cover glass position can change due to thermal activity and the resulting temperature changes.

自适应焦点控制（AFC）可在长期延时采集过程中自动稳定显微镜焦点。传感器可检测样品盖板玻璃上 LED 光束（波长为 850 纳米）的移动。盖板玻璃的位置会因为热活动和由此产生的温度变化而改变。

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哪种对比方法最好？

大多数细胞没有足够的内在对比度，因此难以用显微镜观察到精细的细节。相位对比和微分干涉对比（DIC）等对比方法可以解决这个问题。相衬需要特殊的物镜和 DIC 特定的棱镜。

标本还可以用荧光染料染色或表达荧光蛋白。荧光显微镜需要特殊的滤光器，以便用正确的光波长激发染料或蛋白质。

光源呢？

对比方法决定光源。透射光照明（LED（发光二极管）或卤素灯）是明视野、相衬或 DIC 显微镜的典型照明方式。荧光显微镜使用 LED 灯或汞灯、氙灯或金属卤化汞灯。

Image series of neuronal cells which was acquired with different contrast methods. From left to right, the images shown are brightfield, DIC, phase contrast, and fluorescence imaging.

用不同对比度方法获取的神经细胞图像序列。从左到右依次是明视野、DIC、相衬和荧光成像。

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您想记录或公布您的成果吗？

要获取标本图像，您需要一台数码显微镜相机。如果是荧光活细胞成像，建议使用灵敏度高的相机，以尽量减少激发光。近来，sCMOS 相机因其高量子效率和采集速度而备受青睐。

此外，大视野 (FOV) 还能帮助您更轻松、更快速地找到感兴趣的区域。现在，研究用显微镜的相机端口具有 22 毫米的视场角。

通常情况下，仅拍摄标本图像是不够的，还需要对获取的数据进行分析。易于使用的成像和分析软件，尤其是现在使用的人工智能（AI）软件，可以帮助您获取数据并进行准确分析。

This video shows the advantages of a 22 mm FOV (field of view).

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您需要从厚厚的样品中获取 3D 信息吗？

厚样品是宽场显微镜的一个挑战，因为在宽场显微镜下，整个样品都会被照亮。由于散射光的影响，很难识别焦内特征。

计算清除（CC）可帮助您获得无失焦光线的图像，从而轻松分辨出有趣的结构。即时 CC（ICC）适用于单个图像平面，而小体积或大体积 CC（SVCC 或 LVCC）则与解卷积相结合，将光子重新分配到原点。

光片成像（LSI）适用于较厚、易碎或动态的标本，如胚胎、球体或器官组织。其他方法通常会将标本暴露在较高的光剂量下，从而限制了观察时间。LSI 的非侵入性和三维采集使其适合长时间成像。

Single molecule RNA-FISH in cancerous tissue labelled with RNA-01 (green) and RNA-02 (magenta). Left) Raw data, Middle) With ICC (instant computational clearing), and Right) After LVCC (large volume computational clearing). Courtesy of A. Moor, University of Zurich, Switzerland.

用 RNA-01（绿色）和 RNA-02（品红色）标记的癌组织中的单分子 RNA-FISH。
左）原始数据，中）ICC（即时计算清除），右）LVCC（大容量计算清除）后。瑞士苏黎世大学 A. Moor 提供。

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您想在显微镜下操作细胞吗？

最近几年，标本的照片处理开始流行起来。因此，活细胞不仅可以成像，还可以用光来操控。光漂白后荧光恢复（FRAP）就是一个有助于解开动态细胞过程的例子。佛斯特共振能量转移（FRET）可验证细胞成分之间的相互作用。对于这类技术，通常必须在显微镜的光路中集成额外的光源，这并非易事。

Leica Infinity Port 是一种通用解决方案，可将附加光源耦合到显微镜的光路中，用于 FRAP、光开关、消融或光遗传学。图像质量不会降低。有了合适的适配器，甚至可以添加自制设备。

Fast cell kinetics can be tracked with FRAP which shows fluorescence recovery.

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您的预算是多少？

一个重要的问题是显微镜的成本。预定义配置（如 Mica Microhub）对于特殊应用非常有用，但由用户决定的配置可能更便宜。

如果显微镜的要求会随着时间的推移而改变，那么可升级系统就具有一定的优势，可以让您根据不断变化的需求进行更换。

模块化显微镜平台（如 DMi8）使您能够在开始时使用经济实惠的系统，并在以后根据不断变化的需求进行升级。

谁来使用显微镜？

多个用户的需求可能大不相同。在大学实验室，用户的技能水平从非常有经验到初学者都有。因此，像 Leica Application Suite X (LAS X) 这样带有直观软件的易用显微镜系统可以帮助用户快速开始采集数据。

Thanks to its modularity, the DMi8 microscope can be configured in accordance with researcher needs. Moreover, it can be upgraded later on, if users requirements change.

DMi8 显微镜采用模块化设计，可根据研究人员的需求进行配置。此外，如果用户的需求发生变化，还可以在以后进行升级。

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