激光共聚焦掃描顯微鏡簡介

一、 激光共聚焦顯微鏡的基本組成
  激光掃描共聚焦顯微鏡(laser scanning confocal microscope LSCM)是20世紀80年代發展起來的一項具有劃時代意義的高科技新產品，是當今世界*先進的細胞生物學分析儀器。激光共聚焦顯微鏡利用激光作為光源，在傳統光學顯微鏡基礎上采用共軛聚焦的原理和裝置，以及通過針孔的選擇和PMT的收集，并帶有一套對其所觀察到的對象進行數字圖像分析處理的系統軟件。與傳統光學顯微鏡相比，它具有更高的分辨率，實現多重熒光的同時觀察并可形成清晰的三維圖象等優點。所以它問世以來在生物學的研究領域中得到了廣泛應用。
激光共聚焦顯微鏡主要有四部分組成：1、顯微鏡光學系統。2、掃描裝置。3、激光光源。4、檢測系統。整套儀器由計算機控制，各部件之間的操作切換都可在計算機操作平臺界面中方便靈活地進行。
1.1 顯微鏡光學系統
　　顯微鏡是LSCM的主要組件，它關系到系統的成象質量。顯微鏡光路以無限遠光學系統可方便地在其中插人光學選件而不影響成象質量和測量精度。物鏡應選取大數值孔徑平場復消色 差物鏡，有利于熒光的采集和成象的清晰。物鏡組的轉換，濾色片組的選取，載物臺的移動調節，焦平面的記憶鎖定都應由計算機自動控制。
1.2 掃描裝置
　　LSCM使用的掃描裝置在生物領域一般為鏡掃描。由于轉鏡只需偏轉很小角度就能涉及很大的掃描范圍，圖象采集速度大大提高，512×512畫面每秒可達4幀以上，有利于那些壽命短的離子作熒光測定。掃描系統的工作程序由計算機自動控制。
1.3 激光光源
　　LSCM使用的激光光源有單激光和多激光系統。多激光器系統在可見光范圍使用多譜線氬離子激光器，發射波長為457nm、488nm和514nm的藍綠光，氦氖綠激光器提供發射波長為543nm的綠光，氦氖紅激光器發射波長為633nm的紅光，新的405nm半導體激光器的出現可以提供近紫外譜線，但是小巧便宜而且維護簡單。
1.4 檢測系統
　　LSCM為多通道熒光采集系統，一般有三個熒光通道和一個透射光通道，能升級到四個熒光通道，可對物體進行多譜線激光激發，樣品發射熒光的探測器為感光靈敏度高的光電倍增管PMT，配有高速12位A/D轉換器，可以做光子計數。PMT前設置針孔，由計算機軟件調節針孔大小，光路中設有能自動切換的濾色片組，滿足不同測量的需要,也有通過光柵或棱鏡分光后進行光譜掃描功能的設置。
二、激光共聚焦顯微鏡的特點以及在生物領域的應用
傳統光學顯微鏡相比，激光共聚焦顯微鏡具有更高的分辨率，實現多重熒光的同時觀察并可形成清晰的三維圖象等優點，在對生物樣品的觀察中，激光共聚焦顯微鏡有如下優越性：
1、對活細胞和組織或細胞切片進行連續掃描，可獲得精細的細胞骨架、染色體、細胞器和細胞膜系統的三維圖像。
2、  可以得到比普通熒光顯微鏡更高對比度、高解析度圖象、同時具有高靈敏度、杰出樣品保護。
3、多維圖象的獲得，如7 維圖象(XYZaλIt): xyt 、xzt 和xt 掃描,時間序列掃描旋轉掃描、區域掃描、光譜掃描、同時方便進行圖像處理。 
4、細胞內離子熒光標記，單標記或多標記，檢測細胞內如PH和鈉、鈣、鎂等離子濃度的比率測定及動態變化。
5、熒光標記探頭標記的活細胞或切片標本的活細胞生物物質，膜標記、**物質、**反應、受體或配體，核酸等觀察；可以在同一張樣品上進行同時多重物質標記，同時觀察； 
6、對細胞檢測無損傷、**、準確、可靠和優良重復性；數據圖像可及時輸出或長期儲存。 
   由于共聚焦顯微鏡的以上優點，激光共聚焦顯微鏡在以下研究領域中應用較為廣泛：
1、細胞生物學：
如：細胞結構、細胞骨架、細胞膜結構、流動性、受體、細胞器結構和分布變化、細胞凋亡機制；各種細胞器、結構性蛋白、DNA、RNA、酶和受體分子等細胞特異性結構的含量、組分及分布進行定量分析；DNA、RNA含量、利用特定的抗體對紫外線引起的DNA損傷進行觀察和定量；分析正常細胞和癌細胞細胞骨架與核改變之間的關系；細胞黏附行為等   
2、生物化學：
如：酶、核酸、受體分析、熒光原位雜交、雜色體基因定位等，利用共聚焦技術可以取代傳統的核酸印跡染交等技術，進行基因的表達檢測，使基因的轉錄、翻譯等檢測變的更加簡單、準確。
3、藥理學：
如：**對細胞的作用及其動力學；**進入細胞的動態過程、定位分布及定量 
4、生理學、發育生物學：
如：膜受體、離子通道、離子含量、分布、動態；動物發育以及胚胎的形成，骨髓干細胞的分化行為；細胞膜電位的測量.熒光漂白恢復（FRAP）、熒光漂白丟失（FLIP）的測量等。 
5、遺傳學和組胚學：
如：細胞生長、分化、成熟變化、細胞的三維結構、染色體分析、基因表達、基因診斷； 
6、神經生物學：
如：神經細胞結構、神經遞質的成分、運輸和傳遞； 
7、微生物學和寄生蟲學：
如：**、寄生蟲形態結構； 
8、病理學及病理學臨床應用：
如：活檢標本的快速診斷、腫瘤診斷、自身**性**的診斷； 
9、**學、環境醫學和營養學。
如：**熒光標記（單標、雙標或三標）的定位，細胞膜受體或抗原的分布,微絲、微管的分布、兩種或三種蛋白的共存與共定位、蛋白與細胞器的共定位；對活細胞中的蛋白質進行準確定位及動態觀察可實時原位跟蹤特定蛋白在細胞生長、分裂、分化過程中的時空表達，熒光能量共轉移（FRET）。