辨荧微成像制器

共焦显微镜因其高分辨率和能三维立体成像的优点被广泛应用在生物、医疗、半导体等方面。文章首先分析了影响共焦显微镜分辨率的因素，主要有光源、探测器孔径和杂散光等；并结合这些因素介绍了双光子共焦碌微镜、彩色共焦显微镜、荧光共焦显微镜、光纤共焦显微镜；然后从提高系统成像速度的方面介绍了波分复用共焦显微镜和频分复用共焦显微镜；最后分析了共焦显微镜的发展趋势。一、引言随着人们对于生物医学的研究，传统的光学显微镜已经无法满足研究的需要，人们需要可以实现三维成像的显微镜。1957年Marvin Minsky提出了共焦扫描显微镜的原理。1969年，耶鲁大学的Paul Davidovits和M．David Egger设计了第一台共焦显微镜，1987年第一台商业化共焦显微镜的问世，真正实现了三维立体成像。与普通光学显微镜相比，共焦显微镜具有极其明显的优点：能对物体的不同层面进行逐层扫描，从而获得大量的物体断层图像；可以利用计算机进行图像处理；具有较高的横向分辨率和纵向分辨率；对于透明和半透明物体，可以得到其内部的结构图像；还可以对活体细胞进行观察，获取活细胞内的信息，并对获得的信息进行定量分析。自共焦显微原理被提出以来，引起了研究者的广泛关注，提高显微系统的分辨率和改善系统的性能是研究者开发新型显微镜时考虑的主要因素。近几十年，国内外学者通过对共焦显微成像系统的三维点扩散函数、光学传递函数等方面的分析，得出影响显微系统分辨率的因素，主要包括系统的激励光源、探测器孔径、杂散光等。此外，共焦显微镜的成像速度也是决定系统性能的一个重要因素，专家们也一直在进行提高系统成像速度的研究。本文主要从提高显微系统分辨率和系统成像速度这两个方面来介绍共焦显微镜的发展情况。二、共焦扫描显微镜分辨率的提高光源、探测器孔径和杂散光等是影响共焦显微镜分辨率的几个主要因素，因此可以通过改善这些方面来提高显微系统的分辨率。1.光源显微镜的成像性质在很大程度上取决于所采用光源的相干性，有关研究表明，光源相干性好的系统其分辨率要比相干性差的系统要好，并且照明光源对分辨率的改变范围达到了26.4%。因此，选取适合的照明光源对提高显微系统的分辨率有很大帮助。常规的共焦扫描显微镜主要使用普通单色激光作为光源，随着技术的进步，目前已经出现了使用飞秒激光、超白激光、高斯光束作为光源的共焦显微镜，以提高系统性能，获得更高的分辨率。①飞秒激光为光源的双先子扫描共焦显微镜双光子扫描共焦显微镜通常使用近红外的飞秒激光作为激发光源，由于红外光具有较强的穿透性，它能探测到生物样品表面下更深层的荧光图像，并且生物组织对红外光吸收少，随着探测深度的增加衰减会变小，另一方面红外光的衍射低，光束的形状保持性好。2005年，Wild等人利用双光子扫描共焦显微技术实时观察和定量分析了PAHs在植物叶片表面和内部的光降解过程。后来又进一步研究了菲从空气到叶片的迁移过程、菲在叶片内部的运动及其分布情况等，该技术可观测PAHs在叶片内部的最大深度约为200μm。②白激光( supercontinuum laser）为光源的彩色共焦显微镜彩色共焦显微镜是利用光学系统的彩色像差，光源的不同光谱成分会聚焦到样品的不同深度，通过分析由样品反射的光谱能有效地获得样品的扫描深度。2004年，美国宾夕法尼亚州立大学的Zhiwen Liu课题小组使用光子晶体光纤产生的超连续谱白光作为彩色共焦显微镜的光源，这种超连续谱白光具有大的带宽，能够提高系统的扫描范围，能达到7μm扫描深度。另外超白激光有较高的空间相干性，无斑点噪声，能提高系统的信噪比和扫描速度。③使用高斯光束的荧光共焦显微镜荧光共焦显微镜是通过激光照射样品激发样品发出荧光，再通过探测器接受荧光对样品进行观察的共焦显微镜。华南农业大学的杨初平等人研究了不同光源孔径和束斑尺寸的高斯光束对荧光共焦显微镜分辨率的影响表明：与一定孔径尺寸的平行光束相比，采用高斯光束系统可以获得更好的分辨率。 2. 探测器孔径和杂散光共焦显微镜中探测器孔径能滤除部分杂散光，提高系统的分辨率和信噪比。根据相关文献对共焦扫描显微镜的三维光学传递函数与探测器孔径之间的依赖关系的研究，可以得到探测小孔直径为：d=β*1.22λ/NA，式中，β为物镜的放大率，λ为光的波长，NA为物镜的数值孔径。由该公式确定探测器小孔的直径，一方面满足了共焦扫描系统对探测器小孔直径的要求，从而保证高的横向和纵向分辨率，另一方面，又最大限度地使由试样中发射的荧光能量被探测器接收。为了更进一步提高系统分辨率，许多研究者对共焦显微镜中探测孔径进行了改进，例如使用单模光纤代替普通针孔孔径，还有双D型孔径等。① 使用单模光纤的光纤共焦显微镜在光纤共焦显微镜中用光纤分路器代替传统共焦显微镜中的光束分路器，并以单模光纤来代替光源和探测器的微米尺寸针孔孔径。使用单模光纤的优点在于：首先，在采用寻常针孔制作的共焦显微镜中，光源、针孔、探测器等有可能不在一条直线上从而会引起像差；但是在光纤作为针孔的共焦显微镜中，即使有的部件偏离直线时也不会引入像差。其次，使用单模光纤代替微型针孔，容易清除针孔的污染，而且不易受污染。第三，在使用光纤的系统中，可以自由移动显微镜部分而不必挪动探测器。2006年德克萨斯大学使用光纤共焦显微镜进行口腔病变检测，测得的系统横向和轴向分辨率分别为2. 1µm和10µm，成像速度为15帧／s，可观测范围为200µm×200µm。② 具有D型孔径的共焦显微镜近几年，具有对称D型光瞳的共焦显微成像技术引起广泛的关注，图1所示是该系统示意图。2006年美国东北大学的Peter J．Dwyer等人使用这种共焦显微镜进行了人体皮肤内部成像的实验，测得横向分辨率为1.7士0.1µm。2009年新加坡国立大学的Wei Gong等人采用傍轴近似方法理论分析了在共焦显微镜中使用双D型孔径对轴向分辨率的影响。分析表明在图1中的d值给定时，进入瞳孔的光信号强度l会随着探测器尺寸的增加而增加；但是在探测器尺寸给定时，光信号强度I会随着d的增加而单调递减。在使用有限大小的探测器时，改变d的大小，轴向分辨率可以得到改善。 http://www.biomart.cn//upload/userfiles/image/2011/11/1321512815.png 图1 双D型孔径共焦成像系统示意图在共焦成像光学系统中，到达像面的杂散光会在像面上产生附加的强度分布，从而进一步降低了像面的对比度，限制了系统分辨率的提高，因此在显微系统设计时，杂散光的影响也是不容忽视的。一般除了使用探测小孔来抑制杂散光，其他的一些设备例如可变瞳滤波器等对杂散光也有很好的过滤作用。最近以色列魏茨曼科学研究所的O.sipSchwartz and Dan Oron等人提出在系统中使用可变瞳滤波器，这个滤波器能够使多光子荧光共焦显微镜达到分辨率阿贝极限的非线性模拟，从而改善系统的分辨率。三、共焦扫描显微成像速度的提高共焦显微镜快速的成像速度为研究者观察生物细胞中快速动态反应提供了良好的条件。在共焦扫描显微成像系统中，传统的方法是通过改善扫描探测技术来提高成像速度。现有的扫描探测技术主要有Nipkow转盘法、狭缝共焦检测法、多光束的微光学器件检测法。这些方法可以改善扫描速度，但是与系统分辨率，视场之间都存在矛盾，因此又诞生了两种提高成像速度的新型显微镜：波分复用共焦显微镜和频分复用共焦显微镜。

[url=http://www.f-lab.cn/microscopes-system/storm.html][b]实时超分辨率显微成像系统[/b][/url]突破了光学显微镜的半波长分辨率极限,提供了比宽视场,共聚焦显微镜更好分辨率。实时超分辨率显微成像系统采用尼康或奥林巴斯显微镜，Chroma 滤波片,Andor公司EMCCD相机以及独特的照明系统，为客户提供全球同步的超分辨率成像系统。[img=实时超分辨率显微成像系统]http://www.f-lab.cn/Upload/storm-2.JPG[/img][b]实时超分辨率显微成像系统特点[/b]横向分辨率可达20nm,轴向分辨率可达40nm实时和线下图像重建GPU加速处理图像先进的自动聚焦硬件高分辨率X-Y-Z工作台灵活的配置[img=实时超分辨率显微成像系统]http://www.f-lab.cn/Upload/storm-1.JPG[/img]实时超分辨率显微成像系统：[url]http://www.f-lab.cn/microscopes-system/storm.html[/url]

STED超分辨成像具有制样便捷、成像快速、能够同时多色观察、可实现Z轴高分辨并进行三维重建等特点，在超分辨成像领域应用广泛。本次微课从样品制备、超分辨成像图像采集的过程以及图像后处理三个方面，详细介绍STED

日本原子能研究开发机构福岛研究开发部门福岛研究开发基地废堆环境国际共同研究中心远程技术部的森下祐树研究员8月3日宣布，与东北大学未来科学技术共同研究中心的黑泽俊介副教授和山路晃广助教以及三菱电机公司合作，共同开发出了可在现场实时测量释放α射线粒子尺寸的超高位置分辨率 “α射线成像检测器”。该检测器的原型是医疗领域推进开发的α射线成像检测器。通过将其应用于钚样本，证实能以16微米的位置分辨率逐一检测出α射线。该仪器将为提高福岛第一核电站和核燃料设施等的安全性做出贡献

《自然》审稿人：“该领域迄今质量最高的顶级工作”2013年06月06日 来源： 科技日报 作者： 吴长锋 最新发现与创新 http://www.stdaily.com/stdaily/pic/attachement/jpg/site2/20130606/011370453619890_change_hzp3622_b.jpg 在绿色入射激光的激发下，处于STM纳腔中的卟啉分子受到高度局域且增强的等离激元光的强烈影响，使得分子的振动指纹信息可以通过拉曼散射光进行高分辨成像。 科技日报合肥6月5日电 （记者吴长锋）记者从中国科学技术大学了解到，该校的科学家们在国际上首次实现亚纳米分辨的单分子光学拉曼成像，将具有化学识别能力的空间成像分辨率提高到前所未有的0.5纳米。国际权威学术期刊《自然》杂志于6月6日在线发表了这项成果。世界著名纳米光子学专家Atkin教授和Raschke教授在同期杂志的《新闻与观点》栏目以《光学光谱探测挺进分子内部》为题撰文评述了这一研究成果。《自然》三位审稿人盛赞这项工作“打破了所有的纪录，是该领域创建以来的最大进展”，“是该领域迄今质量最高的顶级工作，开辟了该领域的一片新天地”，“是一项设计精妙的实验观测与理论模拟相结合的意义重大的工作”。 这一成果是由该校微尺度物质科学国家实验室侯建国院士领衔的单分子科学团队董振超研究小组完成的，博士生张瑞、张尧为论文共同第一作者。 光的频率在散射后会发生变化，而频率的变化情况取决于散射物质的特性，这是物理学上获得诺贝尔奖的著名的“拉曼散射”。“拉曼散射光中包含了丰富的分子振动结构的信息，不同分子的拉曼光谱的谱形特征各不相同，因此，正如通过人的指纹可以识别人的身份一样，拉曼光谱的谱形也就成为科技工作者识别不同分子的‘指纹’光谱。”论文通讯作者之一的董振超教授介绍说，拉曼光谱已经成为物理、化学、材料、生物等领域研究分子结构的重要手段。 上世纪70年代以来，随着表面增强拉曼散射技术，特别是针尖增强拉曼散射（TERS）技术的发展，光谱探测的灵敏度以及拉曼成像的分辨率都有了极大提高。“迄今，科学家们已将TERS测量的最佳空间成像分辨率发展到几个纳米的水平，但这显然还不适合于对单个分子进行化学识别成像。”董振超说。 微尺度实验室单分子科学团队多年来一直致力于自主研制科研装备，发展了将高分辨扫描隧道显微技术与高灵敏光学检测技术融为一体的联用系统。他们利用针尖与衬底之间形成的纳腔等离激元“天线”的宽频、局域与增强特性，通过与入射光激发和分子拉曼光子发射发生双重共振的频谱匹配调控，实现了亚纳米分辨的单个卟啉分子的拉曼光谱成像，使化学识别的分辨率达到前所未有的0.5纳米，可识别分子内部的结构和分子在表面上的吸附构型。 “可以说，在任何需要在分子尺度上对材料的成分和结构进行识别的领域，该项研究成果都有很大的用途。”董振超说，这项研究对了解微观世界，特别是微观催化反应机制、分子纳米器件的微观构造和包括DNA测序在内的高分辨生物分子成像，具有极其重要的科学意义和实用价值，也为研究单分子非线性光学和光化学过程开辟了新的途径。 《科技日报》（2013-06-06 二版）

最近才接触电子显微镜，好多东西不是很清楚。TEM成像有三种：散射衬度，衍射衬度，相位衬度。这三种是每个TEM都能用到的，还是只有特定的TEM对应特定的成像机理啊？每个成像机理的分辨率最多能达到多少啊？

作为第一位获美国麦克阿瑟基金会“天才奖”的华人女科学家，庄晓薇教授获得了许多重要成果，尤其是在生物物理显微成像领域，近期庄晓薇教授在《细胞》发表了题为“Breaking the Diffraction Barrier: Super-Resolution Imaging of Cells”，描述了超分辨率细胞成像的最新进展。传统光学显微镜受限于光的波长，对于200nm以下的小东西只能摇头兴叹。虽然电子显微镜可以达到纳米级的分辨率，但通电的结果容易造成样品的破坏，因此能观测的样本也相当有限。分子生物学家虽然可以做到把若干想观察的蛋白质贴上荧光卷标，但这些蛋白质还是经常挤在一块，在显微镜下分不出谁是谁。这几年高分辨率荧光显微镜跨越了一大步，使得研究者可以从纳米级观测细胞突起的伸展，从而宣告200—750纳米大小范围的模糊团块的时代结束了。比如利用光敏定位显微镜：PALM可以用来观察纳米级生物，相较于电子显微镜有更清晰的对比度，如果给不同蛋白接上不同的荧光标记，就能用来进一步研究蛋白质间的相互作用。庄晓薇研究组一直在研究如何用光敏开关探针来实现单分子发光技术。他们希望能用光敏开关将原本重叠在一起的几个分子图像暂时分开，这样就能获得单分子图像，从而提高分辨率。2004年庄晓薇研究组偶然发现某种花青染料具有光控开关，也就是说，通过使用不同颜色的光，可以随意地把它们激活成荧光状态和失活成黑暗状态。自此庄晓薇生开始研究这些光控探针，用它们来短暂地分离个体分子在空间上的重叠影像从而提高分辨率。之后这一研究组在Nature Methods杂志上发表文章，命名了一种随机光学重建显微镜（stochastic optical reconstruction microscopy, STORM）。使用STORM可以以20nm的分辨率看到DNA分子和DNA-蛋白质复合体分子。这一方法基于光子可控开关的荧光探针和质心定位原理，在双激光激发下荧光探针随机发光，通过分子定位和分子位置重叠重构形成超高分辨率的图像，其空间分辨率目前可达20nm。STORM虽然可以提供更高的空间分辨率，但成像时间往往需要几分钟，同时还不能满足活体实时可视的成像的需要，发展空间很大。近期庄晓薇研究组也在Science杂志上发表了他们的3D STORM成像成果，该技术的空间分辨率比以往所有光学3D成像技术的分辨率都要高出10倍。研究人员展示了用3D STORM成像技术拍摄的肾细胞内微管结构图和其它的分子结构图。随后，他们又进一步将该技术发展成了多色3D成像技术（multicolor 3D imaging）。除了庄晓薇研究组之外，另外一个华人研究团队在这方面也获得了杰出成果，来自哈佛大学的谢晓亮教授在单分子光谱检测及其在生命科学中的应用方面也作出了许多贡献，十年前，谢晓亮教授因为发布了CARS显微技术而引发了巨大轰动。这种技术通过一种叫做自发拉曼散射的现象来增强信号。在自发拉曼散射中，样品内的化学键能够改变通过其中的光的波长。更早使用的拉曼散射显微术要求的激光功率很高，而且有时候需要曝光时间长达一天。近期谢晓亮教授研究组将SRS显微技术与核磁共振成像（MRI）技术联合起来，从而能快速灵敏的捕捉活体组织中分子运动，比如血细胞挤压通过血管的过程。这项技术镜头分辨程度达到亚细胞水平，可记录下蛋白、脂肪及细胞内液的情况。由于SRS显微镜可以探测到原子间化学键的共振，因此无需荧光标记。研究人员认为SRS显微镜可以在肿瘤摘除手术方面有所帮助，加快手术进程。传统的样本分析需要花费约20分钟，SRS 显微镜几乎可以做到实时扫描。同多种常用的观察生物分子的技术相比，新型SRS显微技术优势明显：它能采集分析照射生物样本的近30%激光，比传统SRS显微镜高出30倍；并且不需要插入荧光标记，避免了绿色荧光标记蛋白质扰乱生物路径或压住较小生物分子的问题。此外，传统的红外显微镜空间分辨率太低，并需要给样本脱水；自然的拉曼显微镜需要很高的激光能量，整体耗时很长，在活样本中的应用受到限制；相干反斯托克拉曼散射显微镜在拍摄除了脂质以外的大多数分子时对比度不够，而新型SRS显微技术都能突破这些局限。（来源：生物通 万纹）

德国夫琅禾费应用光学与精密工程研究所最近研制出一种厚度仅5.3毫米、分辨率达5微米的超薄显微镜，其未来用途可包括皮肤癌变检查和鉴别文件真伪。　　这家研究所日前发表的新闻公报说，达到同样分辨率的传统显微镜要么只能一次观察一片很小的区域，要么就是对观察对象进行多次扫描，最后组合成图像，费时费力。这种新型显微镜可以对火柴盒大小的观察面积一次成像，成像速度快到即使医生手持这种超薄显微镜，其观察到的影像也不会模糊，对于观察皮肤病变非常实用。　　达到这种观察效果的奥秘在于该显微镜用于成像的部分由无数紧密排列的微小透镜组成，每个透镜仅对观察对象的局部成像，每个局部的面积只有0.09平方毫米，与此同时显微镜内的软件能将这些微小局部组合成整体图像。这些微小透镜由特殊模具对高分子材料加工制成，可以批量生产，因而成本相对低廉。　　目前德国研究人员已研制出这种超薄显微镜的样品，但批量生产至少还需一两年时间。（转载自科技日报）

为何荧光显微镜需要使用制冷CCD相机？众所周知，荧光显微镜是利用被观测物体发出荧光来进行观测的显微镜。在外部光源的激发下，被检测物体发出荧光，从而进行观察。与普通显微观察不同的是，荧光显微镜并不直接使用外部光源，而是使用被观测物体发出的荧光。相比普通光源，荧光光源的强度要小得多，反映到成像上面，即意味着相比普通显微拍摄的曝光时间，荧光拍摄的曝光时间要长得多。但是，单方面的延长曝光时间，并不能得到好的显微荧光图像，因为随着曝光时间的增强，噪声也大幅度的的增加，严重影响了成像质量。科学家研究发现，由于曝光时间延长而导致的噪声的增加主要来自于CCD产生的暗电流噪声，于是冷CCD应运而生。所谓冷CCD，就是利用一定的制冷技术对CCD芯片进行制冷，让它在较低的温度下进行工作，从而有效的降低暗电流噪声。所以荧光显微镜的图像采集需要配套制冷CCD才能得到满意的图片，因为荧光的强度不足可见光的万分之一，这就决定采集荧光图像的CCD必须具备很高的灵敏度，为了消除图像采集过程中，因亮度不足而出现的噪点，最好采用制冷CCD来完成。无锡超微光学的LC-140A/500A显微荧光成像制冷CCD，是一款研究级的显微荧光成像专用相机，最适用于极弱光和微光的应用及提供最佳颜色还原和灵敏度的显微荧光成像专业用CCD，图像传感器具有高动态范围，优秀的灵敏性，配合12位数据采样输出，并支持2 x 2，4 x 4硬件binning。，具有小型化、操作简单、性能稳定等特点，适用在Nikon，leica，Zeiss，Olympus等显微镜上。提供企业或研究单位在化学发光成像分析、多色荧光成像分析等之研究及应用领域。

[b]摘要[/b]在神经科学和神经外科中对活体大脑组织中神经元的成像能力是一项基本要求。尤其是需求一种具有测微计尺分辨率的大脑形态学的非侵入探针的开发，因为它可以在临床诊断上提供一种非侵入式光学活体组织检查的手段。在这一领域，双光子激光扫描显微镜(2PLSM)是一个强大工具，并已成为活体生物样品最小侵入性损害的高分辨率成像的标准方法。但是，(2PLSM)基于光学方法提供足够分辨率的同时，对荧光染料的需求妨碍了图像对比度的提高。本文中，我们提供了一种活体大脑组织以细胞分辨率的高对比度成像方法，无需荧光探针，使用光学三次谐波发生进行成像。我们利用细胞水平的特殊几何学和大脑组织的液体内容物来获取THG的部分相匹配，提供了一种荧光对比度机制的替代方法。我们发现THG大脑图像允许快速、无侵入性标记的神经元、白质结构、血管同时成像。而且，我们利用THG成像来引导微吸管指向活体组织中指定的神经元。这个工作是一个无标记活体大脑成像的主要步骤，并开启了活体大脑中激光引导的微注射技术发展的可能性。[b]材料与方法[/b]THG成像对于THG成像实验，我们使用了一台商业化双光子激光扫描显微镜([color=#ff0000]TrimScope, Lavision BioTec[/color])。光源是一个光学参量震荡器（Mira-OPO，APE），810nm泵浦光来自一个Ti：Sa锁模激光器(Coherent Chameleon Ultra II)。使用一个20X，0.95N.A水浸物镜(Olympus XLUMPFL-IR)将光聚焦到样品上。使用epidetection几何学描述THG实验。使用分光镜(Chroma T800lpxrxt)将背景散射THG光子从入射激光束中分离出来，用一个THG波段的带通滤波器(Chroma HQ390-70X)过滤。检测器是GaAsP高灵敏度光电倍增管(Hamamatsu H7422-40)，400nm处量子效率为25%。最高分辨率成像(1024×1024像素)的典型获取时间为1.6s，我们用于目标定向实验的512 X 512像素成像时间为0.6s。 为与前向端口比较，使用了一个定制的投射端口。这个端口使用了一个1.4N.A油浸物镜，一个长波分光镜（UQG optics)和一个400nm的相干窄带滤波器。对于THG与SR-101联合实验我们用1200nm的OPO来同时产生两种信号。使用一个594nm带通和561nm隔断的分光镜将SR-101荧光从THG信号中分离。SR-101信号使用一个PMT检测(Hamamatsu H6780-20)。Nile Red和THG成像也是由1200nm的OPO同步激发。在这个案例中THG信号由投射端口测量，Nile Red荧光通过一个593∕40 nm的带宽滤波器检测。对于THG和GFP联合成像，用来泵浦OPO的Ti：Sa激光被调谐到970nm并耦合到显微镜中。组织块的GFP和THG信号使用同一个检测器连续测量。但使用一个不同的(561∕40 nm)带通滤波器检测GFP。使用显微镜软件(Imspector Pro)获取图像并以16bit 的tiff格式存储，图像分析使用Image J(MacBioPhotonics)进行。[b]主要结果[/b] [img=,575,768]http://qd-china.com/uploads/bio-product/21.jpg[/img]Fig. 1.无标记活体大脑的三次谐波显微成像(A)脑组织THG成像的epidetection几何学图示。插图：THG原理。注意基质中没有光学激发发生。(B) 树突处的聚焦激光束。通过将激光聚焦体积设定到树突直径的几倍大小，可以获得部分相匹配，显著的THG信号将会产生。(C)细胞体内的聚焦激光束。由于不好的结构相匹配状态，没有THG信号产生。(D) 小鼠大脑组织的活神经元成像。体细胞以暗影存在。 [img=,466,500]http://qd-china.com/uploads/bio-product/22.jpg[/img]Fig. 2.活体大脑组织的THG成像(A)小鼠皮质的THG图像 (B) 与A同位置的Nile Red染色的双光子荧光图像 (C) 大鼠凹陷的脑回THG图像（水平切面） (D)小鼠脑胼胝体THG图像，轴突纤维束被清晰得分辨。Movie S1是这个结构的一个3D投影 (E)小鼠大脑纹状体的THG图像（冠状面）。白质和神经元细胞清晰可见。明亮的粒状结构是垂直穿行图像平面的轴突纤维。Movie S2是这个区域的3D投影。(F)麻醉活小鼠的脑皮质上层的血管THG图像（z栈平均投影密度是50um） [img=,510,767]http://qd-china.com/uploads/bio-product/23.jpg[/img]Fig. 3. THG与双光子成像的叠加 (A)小鼠额前叶脑皮质的THG图像 (B)SR-101标记的星细胞双光子图像 (C) A、B的叠加提供了神经网络中星细胞的分布信息 (D) 小鼠额前叶皮质的THG图像 (E) GFP标记的生长抑素神经元的双光子荧光图像 (F)D、E的叠加显示了生长抑素神经元在脑前叶皮质结构中的分布 [img=,461,768]http://qd-china.com/uploads/bio-product/24.jpg[/img]Fig. 4.THG成像深度与自动化细胞检测 (A-C) 小鼠额前叶皮质的THG图像，成像深度分别为100, 200, and 300 μm 。每幅图像都是3个以2微米深度间隔独立图像的最大密度投影(D) 110 μm深度处神经元细胞的自动检测THG图像。细胞检测的运算法则定义为以红色显示的神经元 (E)红色标记：来自A-C的图像栈的细胞可见性对比。黑色标记：作为一个深度功能的平均检测到的THG密度。 [img=,531,768]http://qd-china.com/uploads/bio-product/25.jpg[/img]Fig. 5. 无标记目标定向和细胞活性(A)小鼠新大脑皮层的THG图像 (B) 在对一个神经元进行THG引导膜片钳之后同一位置的THG图像 (C)一个200um深处钳住神经元的大视野THG图像（5幅深度间隔2um的图像平均） (D)记录以100pA电流脉冲刺激B中被钳住的神经元的动力势训练 (E) 测量在THG扫描期间静止膜电位的改变。即使以最高的能量，也只观察到4%的电压变化，保持了完全的可逆性。0.8秒的周期相应于图像扫描时间。(F)最大观察到的静止膜电位Vs扫描时的激光能量。没有非线性效应出现。

一、前沿2009年10月6日，瑞典皇家科学院宣布，将2009年诺贝尔物理学奖的一半授予美国科学家威拉德• 博伊尔和乔治• 史密斯，因为他们于1969年发明了半导体集成电路成像技术,CCD感应器。经过四十年的发展，CCD技术由实验室逐步走向了市场，具有越来越广阔的应用。CCD数码成像对摄影产生了革命性的影响。在感光胶片之外，人们可以通过电子电路捕捉图像，这些以数字形式存在的图像更加易于处理和分发。数字图像已经成为许多研究领域中不可替代的重要工具。数码成像技术应用到显微镜上，以替代以往的胶卷拍摄，现在已经广泛应用了。以前我们用胶卷来进行显微拍摄，要等一卷拍完，冲洗出来才能确定拍摄的图像是否清晰，如果拍摄的图像不理想，而显微观察的样品又失效了，就需要重新制作样品，给研究工作带来很大的不便，而现在使用显微数码相机来拍摄显微图像，所见即所得，当时就是保存处理，甚至统计分析，极大的提高了工作效率。二、显微数码成像系统的组成显微数码成像系统包括CCD/CMOS专业相机，图像采集处理软件，显微镜接口，数据传输线等，其中最核心的设备是CCD和CMOS图像传感器，前者由光电耦合器件构成，后者由金属氧化物器件构成。两者都是光电二极管结构感受入射光并转换为电信号，主要区别在于读出信号所用的方法。CCD(Charge Coupled Device ，感光耦合组件)上感光组件的表面具有储存电荷的能力，并以矩阵的方式排列。当其表面感受到光线时，会将电荷反应在组件上，整个CCD上的所有感光组件所产生的信号，就构成了一个完整的画面。CCD的结构分三层 ，第一层“微型镜头”“ON-CHIP MICRO LENS”，这是为了有效提升CCD的总像素，又要确保单一像素持续缩小以维持CCD的标准面积，在每一感光二极管上(单一像素)装置微小镜片。CCD的第二层是“分色滤色片”，目前有两种分色方式，一是RGB原色分色法，另一个则是CMYG补色分色法。原色CCD的优势在于画质锐利，色彩真实，但缺点则是噪声问题。第三层：感光层，这层主要是负责将穿过滤色层的光源转换成电子信号，并将信号传送到影像处理芯片，将影像还原。数码成像的核心器件除CCD,现在越来越多的使用CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互补性氧化金属半导体，CMOS和CCD一样同在数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS传感器中每一个感光元件都直接整合了放大器和模数转换逻辑，当感光二极管接受光照、产生模拟的电信号之后，电信号首先被该感光元件中的放大器放大，然后直接转换成对应的数字信号。CMOS的优势在于成本低，耗电需求少，便于制造， 可以与影像处理电路同处于一个芯片上，缺点是较容易出现杂点。三 显微镜成像系统相关参数对CCD/CMOS数码成像系统的结构和原理有了一个基本了解后，我们再对成像系统的一些基本参数作一个说明。在实际应用中，很多用户对像素多少很敏感，一上来就提到我要多少万像素的成像系统，其实在专业成像应用中，像素多少只是影响成像的一个因素，还有其他很多指标，包括分辨率，感光器件大小，动态范围,灵敏度，量子效率，信噪比等。感光器件的面积大小是衡量显微成像系统质量的一个重要指标，感光器件的面积越大，捕获的光子越多，感光性能越好，信噪比越低。当前数码成像系统中较常应用的感光器件规格如下：1英寸（靶面尺寸为宽12.7mm*高9.6mm，对角线16mm），2/3英寸， 1/2英寸，1/3英寸，另外有时也用到1/1.8英寸,1/2.5英寸的CCD/CMOS感光器件。 像素是CCD/CMOS能分辨的最小的感光元件，显微数码成像系统的像素由低到高有：45万左右，140万左右，200万左右，300万左右，500万左右，900万像素，甚至还有更高的达到2000万像素以上。一般来说，像素越高，图像分辨率越高，成像也就越清晰，但有时候图像分辨率达到一定程度后，就不是影响成像质量的主要指标了。比如图像分辨率高，噪声也很高时，成像质量也不会很好。暗电流是导致CCD噪音的很重要的因素。暗电流指在没有曝光的情况下，在一定的时间内，CCD传感器中像素产生的电荷。我们在做荧光拍摄的时候，需要的曝光的时候比较长，这样导致CCD产生较多的暗电流，对图像的质量影响非常大。通常情况下通过降低CCD的温度来最大限度的减少暗电流对成像的影响。Peltier制冷技术一般可将CCD温度降低5-30°C，在长时间拍摄或一次曝光超过5-10秒，CCD芯片会发热，没有致冷设备的芯片，“热”或者白的像素点就会遮盖图像，图像会出向明显的雪花点。CCD结构设计、数字化的方法等都会影响噪音的产生。当然通过改善结构、优化方法，同样能减少噪音的产生。显微荧光或其他弱光的拍摄对CCD噪音的降低要求很高，应选用高分辨率数字冷却CCD成像系统，使其能够捕获到信号极其微弱的荧光样品图像，并且能够最大程度的降低噪音，减少背景，提供出色的图像清晰度。所以一般在荧光及弱光观察时需要选择制冷CCD。在显微数码成像过程中，对于荧光及弱光的拍摄，除了制冷降低热噪声外，还可使用 BINNING技术提高图像的灵敏度，BINNING像素合并是一种非常有用的功能，它可被用来提高像素的大小和灵敏度，比如摄像头像素大小为5u,当经过2x2合并后，像素大小为10u，3X3合并后，像素大小为15u, 这是图像的整体像素变少了，但成像的灵敏度可提高9倍。动态范围表示在一个图像中最亮与最暗的比值。12bit表示从最暗到最亮等分为212＝4096个级别，16bit即分为216个级别，可见bit值越高能分出的细微差别越大，一般CMOS成像系统动态范围具有8-10bit, CCD以10-12bit为主，少部分可达16bit。对动态范围进行量化需要一个运算公式，即动态范围值 = 20 log (well depth/read noise)，动态范围的值越高成像系统的性能就越好。量子效率也称像素灵敏度，指在一定的曝光量下,像素势阱中所积累的电荷数与入射到像素表面上的光子数之比。不同结构的CCD其量子效率差异很大。比如100光子中积累到像素势阱中的电荷数是50个，则量子效率为50％（100 photons = 50 electrons means 50% efficiency）。值得注意的是CCD 的量子效率与入射光的波长有关。对显微数码成像系统的参数有了整体认识后，在实际应用中选择合适型号的产品就比较容易了。高分辨率显微数码成像技术在国外已有二十来年的发展历史，产品目前已比较成熟。国外的专业数码产品有多个品牌，比较著名的有德国的ProgRes，美国Roper Scientific的系列产品，另外OLYMPUS、NIKON、LEICA、ZEISS等显微镜厂家也有一些配套的专业数码成像系统 。其中CCD成像系统主要采用SONY及KODRA公司的芯片，因此相关产品性能差别不是很大。国内专业数码成像产品的设计制造时间还不长，但随着配套技术的成熟，100万像素以上的CCD/CMOS专业数码成像产品开始陆续推出，主要的专业厂家有北京的大恒、微视、杭州欧普林，广州明美等企业。北京大恒早期主要研发生产图像采集卡，目前可以量产140万像素的CCD摄像头，130万/200万/320万/500万像素CMOS摄像头，主要用到工业领域。

利用活细胞成像工作站进行细胞和基因的功能研究，是生物医学研究的最新趋势。固定细胞观察仅能提供固定瞬间细胞的静态信息，无法反映细胞在正常生理生化条件下的状态活细胞观察，对处于正常生理状况下的细胞进行全程扫描和记录，获得其连续、全面、动态过程。由于其显示的正常细胞动态的活动过程，很容易发现和确定细胞间相互作用和信号传导的过程，以及在活细胞水平上的生物分子间的相互作用，不仅可以解决长期以来悬而未解的问题，更为未来的研究提出新的问题，指出新的方向。

[align=left][font=宋体][color=#374151]摘要：光学显微成像技术在神经科学研究中发挥着不可或缺的作用。文章将深入探讨两种主要的光学显微成像技术，即荧光显微镜和多光子显微镜，在神经科学领域的应用案例。我们首先介绍了这些技术的基本原理和发展历程，然后详细描述了它们在神经细胞成像、突触可塑性研究和脑功能成像中的应用。通过这些案例，我们展示了光学显微成像技术在神经科学研究中的重要性，以及它们对我们深入理解神经系统的贡献。[/color][/font][/align][font=宋体][color=#374151]关键词：神经科学、荧光显微镜、多光子显微镜、神经细胞成像[/color][/font][font=宋体][color=#374151]光学显微成像技术自17世纪以来一直在科学研究中扮演着重要的角色。随着技术的不断发展，光学显微镜已经成为许多科学领域的核心工具之一，尤其在生命科学和神经科学领域。文章将深入探讨光学显微成像技术在神经科学研究中的应用案例，重点介绍荧光显微镜和多光子显微镜这两种主要技术的原理和应用。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]一、光学显微成像技术应用[/color][/font][font=宋体][color=#374151]1.荧光显微镜的应用[/color][/font][font=宋体][color=#374151]荧光显微镜是一种广泛应用于神经科学研究的工具，它使用荧光染料或标记物来可视化和研究神经系统的结构和功能。以下是荧光显微镜在神经科学研究中的应用案例，包括神经细胞成像、突触可塑性研究、脑疾病研究等方面。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]（1）神经细胞成像[/color][/font][font=宋体][color=#374151]荧光显微镜在观察和研究神经细胞的结构和功能方面发挥了关键作用。通过使用荧光标记的抗体或分子探针，研究人员可以可视化神经元的不同结构，包括轴突、树突、细胞核等。这有助于研究神经细胞的形态特征以及它们在不同生理条件下的变化。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]（2）突触可塑性研究[/color][/font][font=宋体][color=#374151]荧光显微镜在突触可塑性研究中也具有重要应用。突触可塑性是指突触的结构和功能如何受到刺激和学习的影响。通过标记突触相关的蛋白质或分子，研究人员可以实时观察突触的变化，如突触增强或突触抑制，以深入理解学习和记忆的神经机制。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]（3）脑功能成像[/color][/font][font=宋体][color=#374151]荧光显微镜在脑功能成像方面也具有潜力。通过将钙指示剂或光遗传学标记物引入神经元，研究人员可以实时监测神经元的活动。这种技术使我们能够理解大脑不同区域的活动模式，以及不同刺激下神经元的响应。这对于研究认知过程、行为和神经疾病有着重要意义。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]（4）神经干细胞研究[/color][/font][font=宋体][color=#374151]荧光显微镜也被广泛用于研究神经干细胞。通过标记和追踪神经干细胞的命运和分化过程，研究人员可以理解神经系统的发育和再生机制。这对于神经系统修复和治疗神经系统疾病具有潜在应用。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]（5）荧光标记的蛋白表达[/color][/font][font=宋体][color=#374151]荧光显微镜也可用于研究不同蛋白质在神经系统中的表达和定位。通过使用荧光标记的蛋白表达技术，研究人员可以观察不同蛋白质的分布和相互作用，从而深入理解神经系统中的信号传导和调控。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]（6）脑疾病研究[/color][/font][font=宋体][color=#374151]荧光显微镜在研究脑疾病方面也发挥着关键作用。研究人员可以使用荧光显微镜来研究神经系统疾病的病理机制，如帕金森病、阿尔茨海默病和精神分裂症。这有助于发现潜在的治疗方法和药物筛选。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]荧光显微镜在神经科学研究中的应用是多方面的，涵盖了神经细胞成像、突触可塑性研究、脑功能成像、神经干细胞研究、蛋白质表达和脑疾病研究等多个领域。这一技术为神经科学家提供了非常强大的工具，帮助他们深入理解神经系统的结构和功能，以及与神经相关的疾病的机制。未来，随着技术的不断发展，荧光显微镜将继续在神经科学领域中发挥关键作用，为我们揭示神经系统的奥秘提供更多的洞察力。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]2.多光子显微镜的应用[/color][/font][font=宋体][color=#374151]多光子显微镜（Multi-Photon Microscopy）是一种先进的成像技术，它利用非线性光学效应，如多光子吸收，为神经科学家提供了强大的工具，用于研究神经系统的结构和功能。相比传统的荧光显微镜，多光子显微镜具有许多显著的优势，包括更深的成像深度、较少的光损伤、更少的荧光标记物和更高的空间分辨率。以下是多光子显微镜在神经科学研究中的应用领域：[/color][/font][font=宋体][color=#374151]（1）脑功能成像[/color][/font][font=宋体][color=#374151]脑功能成像是多光子显微镜的一个主要应用领域。这种技术允许研究人员实时观察活体动物的脑活动，包括神经元的兴奋与抑制、突触传递和脑区之间的相互作用。多光子显微镜能够提供高分辨率的三维图像，而无需使用荧光标记物。这对于研究大脑的基本功能、学习和记忆等过程至关重要。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]（2）钙离子成像[/color][/font][font=宋体][color=#374151]钙离子在神经元内起着关键的信号传导作用。多光子显微镜可以用于监测神经元内的钙离子浓度变化，这对于理解神经元的兴奋性和突触传递至关重要。通过使用荧光钙染料，研究人员可以实时观察神经元内钙离子浓度的动态变化，以及不同神经元之间的协同作用。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]（3）神经元形态学研究[/color][/font][font=宋体][color=#374151]多光子显微镜在研究神经元的形态学和结构上也具有独特的优势。它可以提供高分辨率的三维成像，允许研究人员详细观察神经元的分支结构、突触连接和细胞器的分布。这对于理解神经元的连接方式、发展和退行性疾病的机制至关重要。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]（4）活体动物模型研究[/color][/font][font=宋体][color=#374151]多光子显微镜也在活体动物模型研究中发挥着关键作用。研究人员可以使用这种技术观察小鼠、果蝇等模型动物的脑活动，从而研究不同物种的神经系统功能和行为。这对于神经药理学、疾病建模和药物筛选具有重要意义。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]（5）细胞内成像[/color][/font][font=宋体][color=#374151]多光子显微镜也可用于单个神经元或突触的细胞内成像。这允许研究人员观察细胞内的亚细胞结构、蛋白质运输和突触形成等过程。这对于研究神经元的分子机制和突触可塑性非常有帮助。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]多光子显微镜的应用领域不仅局限于神经科学，还扩展到其他生命科学领域，如细胞生物学、免疫学和生物医学研究。其高分辨率和深层成像能力使其成为许多领域中不可或缺的工具。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]尽管多光子显微镜在神经科学研究中具有巨大的潜力，但它也面临着一些挑战。其中之一是成像速度，尤其在观察大脑活动时，需要高速成像以捕捉快速的神经事件。另一个挑战是数据处理和分析，因为高分辨率、三维和四维成像产生了大量的数据，需要强大的计算资源和分析工具。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]未来，我们可以期待多光子显微镜技术的不断改进和发展，以应对这些挑战。新的激光技术、荧光标记物和成像算法将继续推动这一领域的进展，为我们深入理解神经系统的复杂性提供更多的洞察力。多光子显微镜将继续在神经科学领域中发挥关键作用，有望帮助我们解决一些最具挑战性的神经科学问题。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]二、光学显微成像技术在神经科学研究中的应用存在问题[/color][/font][font=宋体][color=#374151]光学显微成像技术在神经科学研究中的应用虽然具有众多优势，但也存在一些问题和挑战，这些问题需要科研人员不断努力来解决。以下是一些存在问题：[/color][/font][font=宋体][color=#374151]1.有限的成像深度[/color][/font][font=宋体][color=#374151]传统的光学显微成像技术受到光的折射和吸收的限制，导致成像深度受到限制。这在研究深层脑区时成为问题，因为光无法有效透过多层组织，导致深层神经元无法清晰成像。多光子显微镜已经在这一方面取得了进展，但仍然存在深度限制。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]2.光损伤和毒性[/color][/font][font=宋体][color=#374151]荧光标记物和强光源在成像过程中可能对生物样本产生光损伤和毒性作用。这对于活体成像和长时间观察是一个挑战，因为它可能导致样本的退化和死亡。科研人员需要努力寻找更温和的成像方法和标记物，以减轻这些问题。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]3.数据量庞大[/color][/font][font=宋体][color=#374151]高分辨率和多维成像技术产生大量的数据，需要强大的计算资源和复杂的数据分析工具。处理和管理这些数据可能是一个挑战，尤其是在长期实验和大规模成像项目中。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]4.标记物的选择[/color][/font][font=宋体][color=#374151]合适的荧光标记物对于获得高质量的成像数据至关重要。然而，选择适当的标记物可能会受到限制，因为一些标记物可能会干扰样本的正常生理活动，或者不适合特定的实验条件。因此，需要不断开发新的标记物和成像方法。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]5.解析度限制[/color][/font][font=宋体][color=#374151]光学显微成像的分辨率受到光的波长限制，通常受到绕射极限的限制。虽然一些超分辨率成像技术已经出现，但它们仍然无法突破光学分辨率极限。这可能会限制对神经系统微观结构的精确观察。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]6.活体成像的挑战[/color][/font][font=宋体][color=#374151]对于活体成像，尤其是在大脑中，样本的运动和呼吸等因素可能导致成像失真。稳定和精确定位样本是一个技术挑战。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]尽管存在这些问题，光学显微成像技术仍然是神经科学研究的不可或缺的工具，因为它们提供了独特的实时、高分辨率和非侵入性的成像能力。科研人员不断努力解决这些问题，通过技术创新和改进，光学显微成像技术有望继续为神经科学领域的研究提供更多洞察力。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]三、下一步研究方向[/color][/font][font=宋体][color=#374151]基于上述问题，光学显微成像技术在神经科学研究中的应用仍然需要不断改进和发展。下面是可能的下一步研究方向，以解决这些问题：[/color][/font][font=宋体][color=#374151]1.改进成像深度[/color][/font][font=宋体][color=#374151]研究人员可以探索新的成像方法，如双光子显微镜和光学波前调制成像，以增加成像深度。此外，开发新的光学透明样本制备技术，如透明大脑样本技术，可以帮助克服深度限制问题。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]2.减少光损伤和毒性[/color][/font][font=宋体][color=#374151]研究人员可以寻找更温和的成像条件，减少光损伤和荧光标记物的毒性。此外，使用先进的成像系统，如自适应光学成像，可以减小激光功率，同时保持高分辨率。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]3.数据管理和分析工具[/color][/font][font=宋体][color=#374151]开发更强大的数据管理和分析工具，以处理庞大的成像数据。机器学习和深度学习方法可以帮助提高数据分析的效率，并自动检测和量化细胞和结构。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]4.标记物的改进：寻找更多、更具选择性的标记物，以减少对样本的干扰。这可以包括荧光标记物的改进、发展新的基因表达标记和探测技术。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]5.突破分辨率极限[/color][/font][font=宋体][color=#374151]进一步发展超分辨率成像技术，以突破传统光学分辨率极限，获得更高的细节分辨率。例如，结构光显微镜和单分子成像技术可以帮助提高分辨率。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]6.活体成像技术改进：研究人员可以探索新的样本固定和稳定技术，以减小样本运动对成像的影响。另外，开发新的活体成像方法，如头部悬置成像和小型显微成像技术，可以帮助在动态活体条件下进行成像。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]7.多模态成像[/color][/font][font=宋体][color=#374151]结合不同的成像技术，如光学显微镜与电生理记录、光学显微镜与功能磁共振成像（fMRI）等，以获得更全面的神经科学数据。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]8.多尺度成像[/color][/font][font=宋体][color=#374151]开发多尺度成像方法，能够在微观和宏观水平上同时观察神经系统的活动，从神经元到整个脑区。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]这些研究方向代表了改进和扩展光学显微成像技术在神经科学研究中的应用的可能途径。通过不断的技术创新和跨学科合作，神经科学家和工程师有望克服这些问题，提高光学显微成像技术的效能和应用广度，以更深入地理解神经系统的复杂性。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]四、结论[/color][/font][font=宋体][color=#374151]光学显微成像技术在神经科学研究中的应用案例清楚地表明，这些技术在揭示神经系统的复杂性和功能中起到了关键作用。然而，这仅仅是一个开始，未来仍有许多挑战和机遇等待我们探索。例如，新的成像技术和荧光标记方法的不断发展将进一步扩展我们的研究领域。此外，将光学显微成像技术与其他分子生物学和生物化学技术相结合，可以更全面地理解神经系统的功能。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]在未来，我们可以期待更高分辨率、更深层次的成像以及更多三维和四维成像的发展。这将有助于解决神经科学中的一些最具挑战性的问题，如神经网络的复杂性和神经退行性疾病的机制。光学显微成像技术将继续为神经科学研究提供有力的工具，推动我们对大脑和神经系统的理解不断深入。[/color][/font][font=宋体][color=#374151]参考文献：[/color][/font][font=宋体][color=#374151][1]高宇婷,潘安,姚保利等.二维高通量光学显微成像技术研究进展[J].液晶与显示,2023,38(06):691-711.[/color][/font][font=宋体][color=#374151][2]王义强,林方睿,胡睿等.大视场光学显微成像技术[J].中国光学(中英文),2022,15(06):1194-1210.[/color][/font][font=宋体][color=#374151][3]章辰,高玉峰,叶世蔚等.自适应光学在双光子显微成像技术中的应用[J].中国激光,2023,50(03):37-54.[/color][/font][font=宋体][color=#374151][4]曹怡涛,王雪,路鑫超等.无标记光学显微成像技术及其在生物医学的应用[J].激光与光电子学进展,2022,59(06):197-212.[/color][/font][font=宋体][color=#374151][5]关苑君,马显才.光学显微成像技术在液-[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相[/color][/url]分离研究中的应用[J].中山大学学报(医学科学版),2022,43(03):504-510.DOI:10.13471/j.cnki.j.sun.yat-sen.Univ (med.sci).2022.0319.[/color][/font][font=宋体][color=#374151][6]陈廷爱,陈龙超,李慧等.结构光照明超分辨光学显微成像技术与展望[J].中国光学,2018,11(03):307-328.[/color][/font][font=宋体][color=#374151][7]安莎. 轴平面光学显微成像技术及其应用研究[D].中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所),2021.DOI:10.27605/d.cnki.gkxgs.2021.000055.[/color][/font][font=宋体][color=#374151][8]杜艳丽,马凤英,弓巧侠等.基于空间光调制器的光学显微成像技术[J].激光与光电子学进展,2014,51(02):13-22.[/color][/font][font=宋体][color=#374151][9]莫驰,陈诗源,翟慕岳等.脑神经活动光学显微成像技术[J].科学通报,2018,63(36):3945-3960.[/color][/font][font=宋体][color=#374151][10]张财华,赵志伟,陈良怡等.自适应光学在生物荧光显微成像技术中的应用[J].中国科学:物理学 力学 天文学,2017,47(08):26-39.[/color][/font]

[align=center][b][size=14.0pt]如何用sCMOS相机优化显微成像[/size][/b][/align][align=center][size=11.0pt]会议时间：2020年3月20日10:00[/size][/align][b][size=12.0pt]内容介绍：[/size][/b]本次报告从灵敏度、成像视野、成像速度、成像特性等参数方面全面解读来自牛津仪器Andor的全新背照式、高分辨sCMOS相机。首先，介绍相机的成像结构和数据读出原理；第二，重点介绍Andor背照式SCMOS相机，分析相机参数对显微成像的影响；第三，以单分子成像为例，比较背照式sCMOS相机和EMCCD相机，给出各自成像优势；最后，展示sCMOS相机在具体科研上的应用。[b][size=12.0pt]讲师介绍：[/size][size=11.0pt]王坤:[/size][/b][size=11.0pt]2009[/size][size=11.0pt]年中科院国家纳米科学中心获得凝聚态物理博士，目前在牛津仪器Andor公司担任应用科学家，近十年来一直从事高端显微成像系统的相关科研及应用工作，参与过科技部重大仪器专项、中科院仪器专项、中科院仪器功能开发项目、上海市自然科学基金等科研项目，熟悉各类高端显微成像系统的原理，在各类生物样本成像上具有丰富的经验。[/size][font=等线][size=10.5pt]报名地址：[url]https://www.instrument.com.cn/webinar/meeting_12626.html[/url][/size][/font]

只有在特定条件下（薄样品），点阵条纹像（高分辨像 ，HRTEM image）与晶体结构才存在一 一对应的关系，，此时才能称为高分辨结构像。要获取结构像，需要满足如下条件：1.电子显微镜要有较高的分辨本领 2.样品足够薄（满足弱相位物体近似或者赝弱相位物体近似）3. 离焦量接近最佳欠焦条件那么问题来了，我们的样品，大多数都不满足弱相位物体，那这种情况下得到的高分辨像能反映什么信息？晶面间距，晶体周期性，还有呢？2.对于一般的样品（不是弱相位物体），离焦量不同，同一位置可能由白点变成黑点，那要选白点还是黑点呀？有时候可能样品厚度不同，一张图上，就能看到同样周期的，一块区域是白点，另一块区域是黑点。

请教：高分辨成像时，入射电子束穿过薄晶体形成弱衍射束与透射束，衍射束与透射束相位相差π/2，各位如何解释为什么？衍射束相位是滞后透射束π/2还是超前π/2。在欠焦位置，衍射束光程比透射束多1/4倍波长位置，其相位是否又比透射束超前（增加）π/2？在正焦点位置，教材上好像说，衍射束位相比在从样品出发时的增加π，为什么不是增加2π？好像光束从样品经过透镜聚焦到达像平面（正焦位置）相位不变（即2π的整数倍）。高分辨像最佳欠焦位置的暗点可否解释为原子列位置的透射波与邻近原子间隙位置的衍射波的合成波的强度，亮点为原子间隙位置的透射波与邻近原子位置的衍射波的合成波的强度？透射波与衍射波此时相位相同，合成波振幅大小=透射波与衍射波振幅大小之和。因为原子间隙位置的透射波强而衍射波弱，原子列位置的透射波弱而衍射波强，所以对应原子列位置的合成波强度较弱，形成暗点；而对应于原子列间隙位置的合成波强度较强，形成亮点。

虽然经过几个世纪的研究，人类的生长于发育过程中仍遗留有很多的未解之谜。人类胚胎发育的研究始于20世纪，一般以观察胚胎的组织图像的方式来研究如器官发生的机制等，传统的方式如切片一直使用至今。现今，对于胚胎3D图像的数字化构建也已经开始，使用核磁共振、X光摄影等方法均可获得胚胎的3D图像，但分辨率仍无法达到细胞水平。本研究使用了妊娠期6-14周的胚胎和胎儿共36个，结合免疫染色、3DISCO组织透明技术和光片照明技术，获得了人类胚胎细胞级分辨率的3D图像，清晰地显示了胚胎的外周神经、肌肉、血管、心、肺和泌尿系统。通过这种方法，我们可以建立人类生长发育的图库，研究人类胚胎发育的分子机制。[b]3D图像示例：1) 周围神经系统3D成像（使用中间纤维外周蛋白（Prph）的抗体标记Prph）： [/b][align=center][img=,450,317]http://www.qd-china.com/uploads/Mandy/LaVision%20Application/2.jpg[/img] [/align][align=center]（A）7周龄胚胎的表面造影图像（左）；对Prph进行标记所得图像。[/align][align=center]（B）8周龄胚胎的表面造影图像（灰色）和标记Prph所得图像（绿色）的叠加图像。[/align][align=center]（C）8周龄胚胎的面部神经分布。表面造影图像和标记Prph所得图像的叠加（中）（右）。 [/align][align=center]感觉神经轴突和运动神经轴突在手脚的分布：分别使用胆碱乙酰转移酶（ChAT）和瞬态粘附糖蛋白-1（Tag-1）的抗体来标记。[/align][align=center]（D）在外周神经，染色产生重叠现象，但在末端Tag-1（绿色）更为明显。（D-F）ChAT染色与Prph和Tag-1均无重叠。 [/align][align=center][img=,550,177]http://www.qd-china.com/uploads/Mandy/LaVision%20Application/3.jpg[/img] [/align][align=center]（D）9.5周龄的拇指，标记Prph和Tag-1。染色发生重叠，但在末端区域Tag-1更显著。[/align][align=center]（E）9.5周龄的左手，ChAT与Prph表达区域不同。[/align][align=center]（F）9周龄的右脚，ChAT与Tag-1表达区域不同。 [/align][align=center] [img=,550,177]http://www.qd-china.com/uploads/Mandy/LaVision%20Application/4.jpg[/img][/align][align=center]（G）7周龄的头部，标记Prph显示颅神经。（右）对颅神经分布使用Imaris软件进行3D虚拟解剖、区分并着色。 [/align][b]2) 手足的神经分布的3D成像：对Prph和Tag-1进行免疫染色以建立胚胎和胎儿手部的感觉神经及其分支的3D图像，并可观察感觉神经随时间推移的发育情况。 [/b] [align=center] [img=,450,362]http://www.qd-china.com/uploads/Mandy/LaVision%20Application/5-1.jpg[/img][/align][align=center]（A）8周龄标记Prph的右手，感觉神经分为尺骨神经、正中神经和桡神经。[/align][align=center]（B）右手从7周龄到11周龄的神经分布随时间的变化。肌皮神经（指针处）很快便延长深入手部。 [/align][align=center] 之后分别对ChAT和Tag-1标记，建立了运动和感觉神经的分布的图像，以确定两种神经在何处以何种方式分离。 [/align][align=center][img=,550,286]http://www.qd-china.com/uploads/Mandy/LaVision%20Application/5-2.jpg[/img] [/align][align=center]（C）（D）9周龄的右脚和8周龄的左手的感觉神经和运动神经的3D图像。 [/align][b]3) 对肌肉生长进行3D成像分析：[/b]转录因子Pax7是有颌下门动物的肌肉干细胞标记物，是肌肉生成的关键启动因子。在肌肉的生长中，表达Pax7的细胞均匀分布于生长中的肌肉，表达肌细胞生成素（Myog）的细胞成簇分布于运动神经末端。生长中的肌肉表达了双皮质素（Dcx），可能影响神经肌肉接点的发育。 [align=center][img=,550,259]http://www.qd-china.com/uploads/Mandy/LaVision%20Application/7-1.jpg[/img] [/align][align=center]（A）9.5周龄标记Pax7的右脚和右手。[/align][align=center]（B）10.5周龄标记Pax7与ChAT的右脚。[/align][align=center]（C）9周龄标记Myog、ChAT和Tag-1的右脚。[/align][align=center]表达Myog的细胞成簇分布于运动神经分支末端。[/align][align=center]（D）9.5周龄的左脚标记Dcx与ChAT。[/align][align=center]Dcx在肌肉（*号）和感觉神经中检测到，但在运动神经轴突中未检测到。 [/align][align=center] [img=,450,334]http://www.qd-china.com/uploads/Mandy/LaVision%20Application/7-2.jpg[/img][/align][align=center]（E）8周龄标记MHC与Tag-1的胚胎。[/align][align=center]（中上）动眼肌肉的图像。[/align][align=center]点状线标示出了肌肉的分界线，此处照明被色素上皮所减弱。[/align][align=center]（中下）肌肉与感觉神经。（右）左臂的肌肉与感觉神经。[/align][align=center]（F）9.5周龄标记MHC与ChAT的左手，显示了肌肉与运动神经。[/align][align=center]使用不同颜色对肌肉进行了区分，同时能够观察到正在发育的骨骼。 [/align][b]4) 人类胚胎脉管系统的3D成像分析：[/b]质膜膜泡关联蛋白（Plvap）是一种由网状微血管内皮细胞表达的跨膜糖蛋白。对整个胚胎标记Plvap并成像，可以观察到致密的血管网络。对平滑肌表达的α肌动蛋白（SMA）进行免疫染色可以观察到生长中的动脉的3D结构。 [align=center][img=,450,414]http://www.qd-china.com/uploads/Mandy/LaVision%20Application/9.jpg[/img] [/align][align=center]（A）（B）8周龄标记Plvap的胚胎。[/align][align=center]Plvap在整个胚胎中形成了致密的网络。[/align][align=center]（A中、右）右臂与右手。（B左）左腿的Z轴投射图像。[/align][align=center]（*号）血管网络穿过了除了骨骼的所有组织。[/align][align=center]（B右）面部图像。（箭头）角膜处没有血管。[/align][align=center]（C）11周龄胎儿，标记胶原IV的肋骨表面。[/align][align=center]（D左）11.5周龄胎儿的右腿和右膝，标记MyoSM的动脉。[/align][align=center]（D右）11.5周龄胎儿的右脚，标记SMA的动脉。[/align][align=center] 对胃肠道的淋巴细胞表达的Podoplanin进行标记以研究淋巴管形成，表达Podoplanin的细胞覆盖了肠胃，[/align][align=center]而含Podoplanin的微管数量较少，说明人类淋巴系统成熟可能晚于血管系统。[img=,550,181]http://www.qd-china.com/uploads/Mandy/LaVision%20Application/10.jpg[/img][/align][align=center]（E）14周龄标记Podoplanin的消化道。表达Podoplanin的细胞位于肠胃上方。 [/align][align=center]（右）表达Podoplanin的细胞尚未发育形成淋巴管。[/align][b]5) 肺的生长发育的3D分析：[/b]标记鼠的性别决定基因Sox9转录因子和Dcx，观察到Sox9在人的末端支气管芽处表达，Dcx在每个气道的近端上皮部分表达。用Plvap标记肺部的血管，发现肺间质内微血管和大血管形成了连续的网络。肺部气道的分支方式是高度保守的，包括域分支、水平分支和垂直分支，使用Sox9/Dcx标记小支气管，可以观察到3种分支方式，并发现了不对称分支现象。 [align=center][img=,550,329]http://www.qd-china.com/uploads/Mandy/LaVision%20Application/11.jpg[/img] [/align][align=center]（A）9.5周龄标记Sox9、Dcx和Plvap的胎儿的肺部。Sox9在上皮小管的末端表达，Dcx在近端表达。Plvap在整个肺的血管中表达。[/align][align=center]（B）肺上皮小管Z轴光学切面。[/align][align=center]（C）末端的微血管网络。[/align][align=center]（D）气道分支的3D图像。肺叶（蓝绿），支气管（红）。[/align][align=center]（E）支气管的3D图像。（右）三种分支方式。[/align][align=center] 标记SMA和平滑肌肌凝蛋白（MyoSM），两者均于围绕支气管和气道上皮小管的平滑肌处表达。标记Sox9显示出末端没有平滑肌。[/align][align=center]对平滑肌进行染色同时可以显示动脉和微动脉。可以使用SMA和酪氨酸羟化酶（TH）标记心脏来观察血管和神经分布。 [/align][align=center][img=,550,289]http://www.qd-china.com/uploads/Mandy/LaVision%20Application/12.jpg[/img] [/align][align=center]（F）9.5周龄的标记MyoSM的肌凝蛋白平滑肌的染色。（箭头）支气管及分支。[/align][align=center]（G）11.5周龄的左肺标记SMA显示出气道平滑肌的分支方式。（箭头）动脉周围肌肉和（指针）近端气道周围肌肉。[/align][align=center]（H）10周龄的肺的分支图像。末端芽部用Sox9标记。表达SMA的平滑肌分布于不表达Sox9的近端区域。[/align][align=center]（I-K）心脏的光片显微图像。 [/align][b]6) 泌尿生殖系统发育的3D分析：[/b]人类生殖道分为两种结构：由中肾分化而来的中肾管（WD）和由中肾管诱导分化而来的副中肾管（MD）。性别决定伴随着生殖道的重构。Pax2转录因子可用于标记中肾和WD。8周龄的雄性胚胎中，MD尖端与WD紧密接触但并未完全生长。肾处于腹侧位置邻接生殖嵴。9.5周龄时MD继续沿WD延伸但并未连接。10周龄时两条MD连接，从两侧WD的中间延伸至泌尿生殖窦，同时开始降解，融合的剩余MD分化为前列腺囊。14周龄时，WD的中肾肾小管退化，附睾与输精管出现。Sox9是睾丸分化的必需因子，在睾丸索中表达，对Sox9使用免疫染色可以观察到睾丸索。[align=center][img=,350,415]http://www.qd-china.com/uploads/Mandy/LaVision%20Application/13.jpg[/img][/align][align=center]（A）8周龄标记Pax2的胚胎。[/align][align=center]（B）（箭头）MD/WD连接。[/align][align=center]（C）（D）9.5周龄的泌尿生殖系统。（箭头）MD尾端沿WD延长但仍未融合。[/align][align=center]（E）10周龄的泌尿生殖系统。MD在底端融合（指针）并开始降解（箭头）。[/align][align=center]（F）降解的继续。[/align][align=center]（G）14周龄的泌尿生殖系统。输精管进一步发育（指针）。[/align][align=center]（H）10周龄标记Pax2和Sox9的睾丸。[/align][align=center]（I）10周龄标记Pax2的睾丸。[/align][align=center]（J）14周龄的睾丸。[/align][align=center][img=,350,452]http://www.qd-china.com/uploads/Mandy/LaVision%20Application/14.jpg[/img][/align][align=center]（A）10.5周龄标记Pax2的泌尿生殖系统。WD连续，MD已融合。（B）11.5周龄标记Pax2的生殖系统。（箭头）WD开始降解。（C）13周龄，标记Pax2的生殖系统。（箭头）子宫大小增加，WD显著降解。（右）MD顶端发育中的输卵管纤毛。（D）8周龄标记Pax2和Plvap的睾丸。（指针）微血管覆盖了睾丸和WD。而MD却没有血管形成。（E）10周龄的雄性胎儿中，MD没有微血管形成。（F）（G）10.5和13周龄标记Pax2和Plvap的卵巢。WD和MD均有致密的血管覆盖。 [/align][align=center][/align][b]总结：[/b]将免疫标记与3D成像技术结合，能够完好地保存器官的3D结构并使分辨率达到细胞水平，简单、快速、稳定、可重复，以上这些优势适合其应用于胚胎学，可用于研究遗传疾病或畸胎。此方法的限制条件主要在材料的获得，同时使用得抗体最大数量，抗体与实验方法的兼容性和大容量数据的存储。然而其应用的广泛程度依然不可限量。以后甚至可用于建立人类生长发育的3D图库。

显微镜(microscope)简称光镜，是一种将肉眼无法看清楚的微生物体进行光学放大成像的常用仪器。在生命科学、材料科学、基础科学及众多的微观领域中都离不开显微镜。1590年.荷兰的Han，父子始创放大10倍显微镜。175.8年，Dollond制成消色差透镜，提高了显微镜放大倍数。1873年，德国科学家Abbe设计成近代显微镜。1953年.上海江南光学仪器厂国产显微镜诞生，并陆续生产了荧光、相衬、偏光等专用显微镜。生物及医用显微镜可分为光学放大及电子放大两大类。前者按用途可分为普通型、特种型、高级型显微镜和手术显微镜。普通型生物显微镜仅供一般用途使用，通常的农用与医用显微镜、倒税显微镜均属这一类。特种型生物显微镜可作某些专用的观察和研究。暗场生物显微镜、荧光显微镜、偏光显微镜、相衬和干涉相衬显微镜等均属于这一类。高级型生物显微镜系指大型多用途的生物显微镜.研究用生物显微镜和万能研究用生物显微镜等属于这一类。一、显微镜放大成像系统显微镜光学系统由物镜和目镜两部分组成。因为被观测的物体本身不发光，而要借助于外界照明，故显微镜需要有一个照明系统，这些部分都是由较复杂的透镜组成，尤其物镜更为复杂。下图是显微镜成像的光路原理图，图中的物镜和目镜均用薄透镜表示。http://www.yi7.com/file/upload/201201/07/14-00-33-93-1.jpg显微镜成像原理显微镜的物体AB处于物镜的2倍焦距之内一倍焦距之外，它首先通过物镜成一放大的倒立实像A'B'，且使之位于目镜的物方焦平面上或焦平面以内很靠近的地方，然后目镜将这一实像再次成一个正立虚像A"B"于无限远或人眼明视距离之外，以供眼睛观察。显微镜对物体进行2次放大，因此与放大镜相比，具有更高的放大倍率，能观察到肉眼所不能直接观察的微小物体，分辨更细小的细节。在这里目镜相当于放大镜，只不过这时放大镜的物是物镜所成的像而已。由于物镜所成的像是实像.因而可在实像处(即目镜的物方焦平面处)安放各种用途分划板.供对准或测量用。二、显徽镜的放大率与分辨本领1.显微镜的分辨本领 分辨本领主要指接物镜分辨被检查物体细微结构的能力，也就是说在显微镜下判别的最小微粒的大小或两点之间最短距离及某物点最小直径的限度，便叫做显微镜的分辨本领.或称为鉴别率。通常用d表示:http://www.yi7.com/file/upload/201201/07/14-00-33-14-1.jpg式中.A表示波长;n sins (NA)表示数值孔径。 从式中可知，显微镜的分辨率主要取决于光的波长和数值孔径这两个因素。d值越小，分辨本领也就越强，越能看清物体的细微结构。鉴别率计算单位是Um. 显微镜的鉴别率的提高只有两个办法: (1)增大物镜的数值孔径(镜口率)。从图可以看出，影响数值孔径(n sina)的因素有两个:其一为物体上某点射人物镜光锥角(镜口角)的一半(sina);其二为检品与物镜间媒质的折射率n。即数值孔径为NA = n sine镜口角半数最大能到900，故si na的最大值为1.00，这时物镜的焦距最短而曲度也很大，制造上是极为困难的。即使能办到，在干燥系中的镜口率只有1 x sin90“（控气n二1)。若再增大镜口率便只有从媒质着手，所以便有水、甘油，石蜡油和香柏油等浸润均匀媒质的应用，确实改进了镜口率不少.它最高可到1.40。如果用澳萘液可达1.67左右，更接近盖片和透镜的折射率。http://www.yi7.com/file/upload/201201/07/14-00-33-51-1.jpghttp://www.yi7.com/file/upload/201201/07/14-00-33-44-1.jpg (2)缩短光源的波长:采用紫外线作光源，波长可到0.1Um，这样放大倍数比自然光放大的倍数大3-4倍，普通紫外线光波在0.2 Um左右，即使能产生出0.1 Um波长的紫外线.一般透镜也将把它吸收干净.无法利用。显微镜的最大数位孔径可达1.5 Um左右，在这种情形下: http://www.yi7.com/file/upload/201201/07/14-00-33-33-1.jpg即在这种显微镜里，仍可分辨的两点间最短距离差不多等于所用光波波长的1/30假定绿光的光波的波长http://www.yi7.com/file/upload/201201/07/14-00-33-23-1.jpg那么显微镜能分辨的最短距离为:http://www.yi7.com/file/upload/201201/07/14-00-33-89-1.jpg 则这台显微镜的最高分辨距离也超不过。.182 Um。肉眼在明视距离(250 mm)能分辨的两点之间最短距离为0.1 mm，约为上述d值的560倍.因此I台光学显徽镜的放大率有100()倍也就足够了。这是因为光的本性及光的绕射现象就限制了显徽镜的放大极限。凡是光波超过微粒直径的2倍时，光线就很方便地绕过微粒而继续前进，所以普通干燥系显微镜的最大鉴别率只能达到光源波长的1/2，直径小到0.2 5m的微粒就无法被光学显微镜发觉。虽然后来应用浸润系方法，如油镜，提高了折射率，其鉴别率也只不过能提高到光源波长的1/3而已。而且还要用最好的透镜才能达到。

[font=宋体]传统的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]技术测量的是平均光谱，反映样本的平均组成，而近红外显微成像技术增加了光谱的空间分布信息，可以使样品的异质性得到进一步[/font][font=宋体]确定。近红外显微成像系统是将[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱仪[/color][/url]与光学显微镜联用的系统，主要由近红外主机、近红外显微镜系统和计算机组成。近红外主机多采用干涉分光原理，主要部件包括迈克尔逊干涉仪、显微镜光学系统、检测器等。显微镜把光束聚焦到测量样品的微区上，可移动镜头从而对样品进行点、线、面的分子水平的扫描，可以快速获得大量的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]图，并把测量点的坐标与对应的红外光谱同时存入计算机，得到不同化合物在微区分布的平面图或立体图。[/font][font='Times New Roman']1. [/font][font=宋体]近红外显微成像技术的特点[/font][font=宋体][font=宋体]（[/font][font=Times New Roman]1[/font][font=宋体]）样品不需预处理。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]（[/font][font=Times New Roman]2[/font][font=宋体]）穿透能力强。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]（[/font][font=Times New Roman]3[/font][font=宋体]）水的干扰小，可以对鲜活组织和溶液中的细胞样品直接测定。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]（[/font][font=Times New Roman]4[/font][font=宋体]）测定的区域可达到[/font][/font][font='Times New Roman']lcm[/font][sup][font='Times New Roman']2[/font][/sup][font=宋体]以上，并且可以检测粗糙表面的样品。[/font][font=宋体][font=宋体]（[/font][font=Times New Roman]5[/font][font=宋体]）非接触性、非破坏性、无环境污染。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]（[/font][font=Times New Roman]6[/font][font=宋体]）二维光谱可以增强分辨率，展示更多的细节。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]（[/font][font=Times New Roman]7[/font][font=宋体]）可分析多种物态的样品。[/font][/font][b][font='Times New Roman']2. [/font][font=宋体]成像方式[/font][/b][font=宋体][font=宋体]（[/font][font=Times New Roman]1[/font][font=宋体]）总吸收图像，以每一个的数据点的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]图为基础，宏观显示图像分析区域内的近红外吸收强度。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]（[/font][font=Times New Roman]2[/font][font=宋体]）单波长成像，以特定波长的近红外吸收强度为特征，显示对应化学官能团在图像分析区域内的分布信息。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]（[/font][font=Times New Roman]3[/font][font=宋体]）化学成像，也叫峰面积图像，是以特定吸收峰的峰面积为特征，显示对应化学官能团在图像分析区域内的分布信息。[/font][/font][font=宋体]（[/font][font='Times New Roman']4[/font][font=宋体]）相关谱成像，以某一张[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]为标准，计算出整个图像上的像素点光谱与它的相关性，再以相似度为度量成像。特别适于鉴别纯物质中的零星污染物。[/font][font=宋体]（[/font][font='Times New Roman']5[/font][font=宋体]）峰比率成像，以[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]图不同吸收峰的峰比率为特征，显示对应化学官能团在图像分析区域内的分布信息。[/font][font=宋体]近红外显微成像技术在材料、食品、医药等行业已经发挥了较大的作用，利用其进行化学成分测定及微区分析，快速、简单、直观。与扫描电镜、透射电镜、电子探针、[/font][font='Times New Roman']X[/font][font=宋体]射线衍射等其他微区分析技术相比，近红外显微成像技术具有制样简单、操作方便、快速定量、无损分析的优点。因此，作为现代分析技术，近红外显微成像技术必将得到越来越广泛的应用。如何建立适用性、稳定性更好的数学模型，实现不同仪器之间、同一仪器不同条件下的定标模型的转移，以及与其他分析技术的联用将是近红外显微成像技术的发展趋势。[/font]

(一)阿贝成像原理 为了理解相差尼康显微镜的原理，不得不回顾普通显微镜的成像原理。德国光学家阿贝(E. Abbe)从1874年以后创立了成像原理.在现代波动光学的发展基础上兴起的变换光学中的空间信息滤波和信息处理概念，就是奠基于阿贝成像原理。 据阿贝的看法，尼康显微镜的透镜或透镜组不只是反映物平面和像平面的共扼关系，而且也反映透镜前后的无数个对应平面的共扼关系。当然，显微镜的成像光路中最为重要的共扼面还是物平面和像平面(图10-18,0--0').显微镜成像光路中同样具有重要的共扼面是发光平面((KY1000显微镜)和光源的像平面(L')。 但是如果在显徽镜结构中在聚光镜的前焦面上放置孔径光栏时，那么光源和光源像两平面的共辘关系，代之以聚光镜前焦面的光栏平面和物镜后焦面的L"平面的共扼关系。 阿贝认为发光平面的共扼面即L’平面，是显微镜的初级成像平面，而物平面是次级成像平面。若通俗一点来讲，L‘烛光是L烛光的像，而O‘空间是L'烛光的像。 如果我们在尼康显微镜的初级成像光路上在聚光镜和物镜之间，擂入一张不同光密度的标本O(图10-20上是光栅)时，立即破坏了初级成像光路.这是因为标本细节的光密结构(栅)和光疏结构(间隙)的折射率不同，而产生光的衍射。其结果如图10-20所示，L烛光在它的像平面上出现了数支烛光。与此同时，在像平面上出现标本0的干涉像.这些干涉纹是由次波源。，一1,+1发射的衍射光的重叠所造的。这样由于标本的干涉次级成像过程，已由CM100的共扼面改变成CM300FL的共扼面。也就是说像平面上不是L，的像，而是标本0的像了。 总之，相干成像过程的第一步是形成衍射斑，而第二步是相干干涉.当然未染色生物标本细节的折射率有很小的差异，在像平面上的对比度非常小。为了提高物像的对比度(反差)，荷兰物理学家(F. Zernike(1935)设计了相差显微镜的基本部件如环状光栏和位相板。 从阿贝成像原理已经知道尼康显微镜的聚光镜前焦面上放置孔径光栏时，这个平面就成为物镜后焦面的共扼面。F. Zernike在这个平面上放置了环状光栏，按空间滤波概念，称带通滤波器。 环状光栏给物镜后焦面提供的是照射在环形甲像平面上的相干光束。照射在环形像平面上的相图10-20显徽镜的成像光路干光束，不同于线形窄缝所提供的相干光束.前者不能造成带有方向性衍射斑.在共扼面上的光分布强度也不像窄缝衍射那种零级强度。它所造成的衍射光是均匀的无方向性的. F. Zernike在相差尼康显微镜的物镜后焦面上放置了位相板。恰巧位相板的吸收环变成环状光栏的成像平面。其结果就像F. Zernike指出的，如果人工地改变照射到不吸光物体而形成初级成像光束的光波，以此来改变衍射光和直射光的位相和振幅，使之近似乎吸光物体的初级成像光束时，那么其结果就造成完全像吸光物体的次级成像，也就是加强了物体细节的反衬度。巧妙地使用位相板，就能够使物像平面上的光强度分布与物体细节的位相信息成为线性关系.也就是人工地用物体细节的位相分布调整像平面的光强分布。甚至巧妙地选配不同类型的位相板，使之适合于物体细节的折射率时，可以强使物像平面上的反衬度出现逆转，即由明反差改变为暗反差，或者反之。

近日，由中科院科研装备研制项目资助的“小型化视网膜自适应光学连续成像仪”研制工作在光电技术研究所顺利完成。该成像仪通过校正人眼像差可以获得高分辨率眼底视网膜图像，在临床疾病早期诊断等方面具有重要应用价值。 变形镜作为自适应光学系统的核心器件，其性能决定了成像仪的整机性能。光电所前期研制的视网膜自适应光学成像仪采用分立式压电驱动变形镜，受目前构造工艺的限制，其变形量小、口径大、成本高，难以适应临床大规模人群使用和产业化推广，寻求一种新型的变形镜以突破其临床应用限制已成为成像仪产业化推广过程中亟待解决的问题之一。与此同时，由于双压电片变形镜具有构造简单、结构灵活多样且易于小型化等优点，在眼科自适应光学领域具有较好的应用前景。因此，光电所于2010年开展了基于双压电片变形镜的新一代小型化视网膜自适应光学成像仪研制。 项目组在前期研究工作的基础上，针对人眼像差特性，设计并研制成功35单元双压电片变形镜，其行程达到20微米，而口径仅有原来分立式压电驱动变形镜口径的一半。在变形镜研制的基础上，先后解决基于双压电片变形镜的AO系统优化设计、闭环控制算法等关键技术，研制成功首套基于双压电片变形镜的小型化视网膜自适应光学成像仪，其体积仅为原来37单元成像仪的一半，但像差校正性能却得到大幅提升，大大降低了对人眼低阶像差预补偿的要求。 通过小规模人眼实验表明，新一代成像仪分辨率高、像差校正范围大、操作简单，这为其临床大规模人群使用和产业化推广走出重要一步。

[b][url=http://www.f-lab.cn/vivo-imaging/micron-iv.html]小动物视网膜成像显微镜Micron IV[/url]特点： [/b]可用于明场、血管结构和荧光(GFP,YFP,mCherry,CFP标记)成像。定制的最先进低噪音三芯片CCD：高灵敏度捕捉微弱的荧光。 近红外成像（可达700-900nm，最高到900nm）视网膜成像精度：小鼠4 μm，大鼠8 μm位滤光片轮，双回补灯及滤光片配置，更加灵活，包含荧光及近红外滤光片，提供亮场和荧光成像模式
 实验台：可三维翻转及旋转，便于调整大小鼠眼睛角度清晰成像。[img=小动物视网膜成像显微镜]http://www.f-lab.cn/Upload/Micron-retinal-imaging.jpg[/img]小动物视网膜成像显微镜Micron IV可提供分辨率达4 μm的高清晰视网膜影像，且与荧光显微镜类似，可观察明视野和荧光（Ex. CFP, GFP, mCh erry等) 影像。方便的软件设计可直接从明场成像转换至荧光成像。[url=http://www.f-lab.cn/Upload/retinal-imaging-micron.jpg][img=小动物视网膜成像显微镜]http://www.f-lab.cn/Upload/retinal-imaging-micron.jpg[/img][/url][b]小动物视网膜成像显微镜Micron IV应用范围：[/b]荧光血管造影糖尿病视网膜病变视网膜母细胞瘤视网膜黄斑衰退症早产儿视网膜病变脉络膜新生血管小动物视网膜成像显微镜：[url]http://www.f-lab.cn/vivo-imaging/micron-iv.html[/url]

显微镜成像系统，是能够连接显微镜和电脑，方便教学与及研究，不知道有多少人选择了便用显微镜成像系统

由于客观条件，任何光学系统都不能生成理论上理想的像，各种相差的存在影响了成像质量。下面分别简要介绍各种相差。 1、色差 色差是透镜成像的一个严重缺陷，发生在多色光为光源的情况下，单色光不产生色差。白光由红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 七种组成，各种光的波长不同 ，所以在通过透镜时的折射率也不同，这样物方一个点，在像方则可能形成一个色斑。 色差一般有位置色差，放大率色差。位置色差使像在任何位置观察，都带有色斑或晕环，使像模糊不清。而放大率色差使像带有彩色边缘。2、球差 球差是轴上点的单色相差，是由于透镜的球形表面造成的。球差造成的结果是，一个点成像后，不在是个亮点，而是一个中间亮、边缘逐渐模糊的亮斑。从而影响成像质量。 球差的矫正常利用透镜组合来消除，由于凸、凹透镜的球差是相反的，可选配不同材料的凸凹透镜胶合起来给予消除。旧型号显微镜，物镜的球差没有完全矫正，应与相应的补偿目镜配合，才能达到纠正效果。一般新型显微镜的球差完全由物镜消除。1、慧差慧差属轴外点的单色相差。轴外物点以大孔径光束成像时，发出的光束通过透镜后，不再相交一点，则一光点的像便会得到一逗点状，型如慧星，故称“慧差”。 2、像散像散也是影响清晰度的轴外点单色相差。当视场很大时，边缘上的物点离光轴远，光束倾斜大，经透镜后则引起像散。像散使原来的物点在成像后变成两个分离并且相互垂直的短线，在理想像平面上综合后，形成一个椭圆形的斑点。像散是通过复杂的透镜组合来消除。3、 场曲 场曲又称“像场弯曲”。当透镜存在场曲时，整个光束的交点不与理想像点重合，虽然在每个特定点都能得到清晰的像点，但整个像平面则是一个曲面。这样在镜检时不能同时看清整个相面，给观察和照相造成困难。因此研究用显微镜的物镜一般都是平场物镜，这种物镜已经矫正了场曲。 4、 畸变 前面所说各种相差除场曲外，都影响像的清晰度。畸变是另一种性质的相差，光束的同心性不受到破坏。因此，不影响像的清晰度，但使像与原物体比，在形状上造成失真。 （1） 当物体位于透镜物方二倍焦距以外时，则在像方二倍焦距以内、焦点以外形成缩小的倒立实像； （2） 当物体位于透镜物方二倍焦距上时，则在像方二倍焦距上形成同样大小的倒立实像； （3） 当物体位于透镜物方二倍焦距以内，焦点以外时，则在像方二倍焦距以外形成放大的倒立实像； （4） 当物体位于透镜物方焦点上时，则像方不能成像； （5） 当物体位于透镜物方焦点以内时，则像方也无像的形成，而在透镜物方的同侧比物体远的位置形成放大的直立虚像。 显微镜的成像原理就是利用上述（3）和（5）的规律把物体放大的。当物体处在物镜前F-2F（F为物方焦距）之间，则在物镜像方的二倍焦距以外形成放大的倒立实像。在显微镜的设计上，将此像落在目镜的一倍焦距F1之内，使物镜所放大的第一次像（中间像），又被目镜再一次放大，最终在目镜的物方（中间像的同侧）、人眼的明视距离（250mm）处形成放大的直立（相对中间像而言）虚像。因此，当我们在镜检时，通过目镜（不另加转换棱镜）看到的像与原物体的像，方向相反。 本文转自http://www.gzspecial.com/qyxw/19.html

扫描电镜因其分辨率高、制样简单、扩展性强等 特点，是常用的显微成像设备之一。电镜利用电子与 物质相互作用产生的信号，经计算拟合后模拟出样品 形貌。因此，电镜成像效果受捕获信号的类型影响。本作品介绍了扫描