科学级黑白显微镜

p　　电子显微镜拓宽了人类视野，但黑白配的视觉效果，让人难觅超微组织或个体的踪迹。前段时间，一项最新的研究成果给细胞穿上了五彩“外衣”，使显微镜下的微观世界更为生动绚丽。常规的电子显微镜实现了样品的黑白色系成像，真菌、病毒等微小组织和个体在显微镜下无处遁形，但是黑白色系总是笼罩着一种朦胧美，对找准镜头下的 “小精灵”带来了一定难度。/pp style="text-align: center "img title="1.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201704/insimg/f954f524-d6c6-4f17-9be2-623febb13281.jpg"/p style="text-align: center "被着色的微观结构，图片来源：ADAMS ET AL./CELL CHEMICAL BIOLOGY 2016/pp　strong　细胞穿上“私人定制”镧系外衣/strong/pp　　为了更准确地对微观世界的物质进行区分，加州大学圣地亚哥分校生物系统研究中心的科研人员利用镧系金属为细胞上色，通过稀有金属的特有属性，使细胞样品在电子显微镜下显示出红、黄、绿三种颜色。/pp　　不同颜色分别代表了不同的微观对象，在不降低图片分辨率的情况下，增加了超微物体的辨识度。/pp　　这个研究成果发表于前段时间出版的《Cell Chemical Biology》上。/pp style="text-align: center "img title="2.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201704/insimg/7d599e6a-3231-4cfa-bbab-356c132e02ec.jpg"/　　p/pp style="text-align: center "着色技术下的“楚河汉界”， 图片来源：ADAMS ET AL./CELL CHEMICAL BIOLOGY 2016/pp　　strong微观世界的交通信号灯/strong/pp　　这个让电子显微镜呈现新色彩的技术是怎样实现的呢?/pp　　与普通的电子显微镜成像一样，研究人员首先利用重金属(如铅)预处理样品，形成样品的基本层(灰度层) 之后选取不同种类的镧系金属处理样品，按顺序为其“着色”。/pp　　之所以选取镧系金属，是因为相较于其他金属而言，镧系金属更“龟毛”、更“挑剔”，并且只钟情于特定的分子类型。/pp　　不同的稀土金属种类会锁定不同的目标物，电子束与附着在超微物体上的金属相互作用后，会呈现出不同的颜色。/pp　　这一技术的难点就在于如何能在不交叉感染的前提下，实现物质的分层着色。/pp　　研究者已成功在细胞上完成了红、黄、绿三种颜色的着色。在今后的研究中，他们希望能实现更多颜色的完美着色。/pp style="text-align: center "img width="600" height="321" title="3.jpg" style="width: 600px height: 321px " src="http://img1.17img.cn/17img/images/201704/insimg/9da0c72d-ba75-4bca-9a6a-5866adee60cf.jpg" border="0" vspace="0" hspace="0"/　p/pp style="text-align: center "研究人员利用着色技术来展示两个星状胶质脑细胞可以连接到同一个神经突触上，图片来源：S.R. ADAMS ET AL/CELL CHEMICAL BIOLOGY 2016/pp　　在科学家门的努力下，技术总在不断地更新进步，让我们对这个世界的认知也越来越丰富。电子显微镜能帮助我们观察微小的病毒、细胞超微结构。/pp　　在以往，电子显微镜下所能看到的就是一个黑白灰的世界，但有了这项技术，科学家们就可以用它拍细胞的“彩色照”啦，它也会帮助科学家们，揭开微观世界更多的生命奥秘哦。/p/p/p/p

最近，一项发表在《Nature》杂志一篇题目为“Colorimetric histology using plasmonically active microscope slides”的文章表明:通过在纳米尺度上修改传统显微镜载玻片的表面，生物结构和细胞呈现出一种鲜明的颜色对比，可以用来立即检测疾病。在过去五年里，项目负责人Brian Abbey教授一直在La Trobe大学与联合发明人Eugeniu Balaur博士共同研发这项技术。Abbey教授说:“目前的组织成像方法通常依赖于染色或标记细胞，以便使它们在显微镜下可见。即使有了染色或标记，对病理学家来说，检测癌细胞仍然具有挑战性，有些样本可能会被误诊，尤其是在疾病的非常早期阶段。最近纳米技术的突破使我们能够操纵光与生物组织的相互作用，使异常细胞看起来与健康细胞有不同的颜色。将我们幻灯片上的图像与传统染色法进行比较，就像在看彩色电视，而你之前看到的都是黑白的。”在这项研究中，来自拉La Trobe分子科学研究所的研究人员与Peter MacCallum癌症中心的联合首席研究员、副教授Belinda Parker的团队合作，对新技术进行试验，以帮助诊断非常早期的乳腺癌。这项研究是与来自加文医学研究所、墨尔本皇家医院、奥利维亚牛顿-约翰癌症研究所、墨尔本大学和澳大利亚国立大学的同事合作进行的。目前的技术可能意味着很难区分早期形式的乳腺癌和良性病变，特别是当复杂组织中没有很多形状异常的细胞时。NanoMslide使这种诊断变得更加容易。Parker副教授也是La Trobe大学的兼职副教授,他解释道:“当我第一次在纳米载玻片的显微镜下观察组织时，我非常兴奋，我第一次看到癌细胞突然出现在我面前。它们与周围组织的颜色不同，很容易将它们与周围的细胞区分开来。NanoMslide将补充目前正在使用的现有染色剂，以实现更一致的癌症诊断。基于我们对NanoMslide的初步发现，我们认为这个平台在早期乳腺癌诊断中非常有用，但在其他癌症中，我们只是试图在复杂组织或血液样本中提取一些癌细胞。”Abbey教授的团队能够通过利用墨尔本纳米制造中心提供的开放获取设备和专业知识来开发他们的幻灯片技术，墨尔本纳米制造中心是澳大利亚国家制造设施维多利亚节点的旗舰设施。该团队将与墨尔本纳米制造中心、澳大利亚全国的制造设施网络合作，开始生产更多的玻片，以进入市场，并解决广泛的医疗和非医疗成像问题。拉筹伯大学副校长John Dewar AO教授表示:“纳米玻片的发明及其在改进癌症诊断中的应用凸显了拉筹伯大学这样的大学在研究创新方面发挥的重要作用，而这些研究创新有能力改善人们的生活。随着这一非凡的发明从一个辉煌的概念转化为一个可能挽救生命的解决方案，La Trobe已经证明，当卓越的研究创新与强大的行业合作伙伴结合在一起时，可以实现什么。”

国际知名先进探测器生产企业greateyes正式发布了一款科学级超高分辨CCD相机（GE-S），用于红外到X射线区域进行光谱分析及成像。该款相机运用最新技术，为用户提供了大动态范围下亚像素分辨的能力。与标准的科学级CCD相比，科学级超高分辨CCD相机有着更好的空间及光谱分辨能力。 为了对超分辨的性能进行评价，我们将科学级超高分辨CCD（型号：GE-S 1024 1024 BI UV1）安装到光学显微镜上。通过显微镜的点扩散函数远远小于CCD的像素尺寸，来检测探测器的真实的亚像素分辨能力。上图显示了分辨率测试卡（1951 USAF）的图像由三个条状组成。图1为CCD获取的标准图像，图2为设置亚像素尺寸的一组4x4单独阵获取的超高分辨图像，图3作为参考显示了插值图像。从以上图中可看出，超高分辨图像与标准图像和插值图像相比，可以提供更多的信息。同时，我们可以通过选取的线的强度分布，清楚看到真实的亚像素分辨能力。图1-3中的白线显示了选取的区域。可实现的亚像素探测器分辨能力被确定为1.6倍，通过优化实验布局可以得到更好的结果。greateyes科学级超高分辨CCD之所以在大动态范围下，还能达到亚像素的分辨能力，得益于在图像传感器和制冷元件后方集成了一个非常紧凑的X-Y位移装置。基于期望达到的空间分辨能力，通过软件用户可选择预定义的测量顺序。例如，2 x 2的图像子集下，最终图像尺寸增至相机图像传感器的4倍。软件采集2 x 2 = 4帧顺序图，每帧下传感器在x与y方向上移动亚像素微米级的距离。并通过算法将各帧图像合成最终的超分辨图像。 超分辨图像的获取与单个图像的获取一样简单。所有其他性能参数与greateyes科学级CCD相同。见下表。 成立于2008年的greateyes，是以德国柏林洪堡大学的技术为基础，迅速发展成为国际知名的先进探测器生产企业。如今，其科研与工业客户群体已遍布多个国家。greateyes开发、生产并销售高性能科学相机。其作为精确探测器，被广泛应用于成像与谱学应用领域。同时，greateyes公司也生产用于太阳能产业的电致荧光与光致荧光检测系统。greateyes科学级CCD以其超低的读出噪声、极高的量子化效率、极低的暗电流以及超高的动态范围而闻名。超高的动态范围相应要求具有极高的满井容量的大像元，因而其空间分辨能力十分有限。而最新型的greateyes科学级超分辨CCD集成了超分辨技术从而实现亚像素分辨能力。其实现过程是通过亚像素微米范围内探测器的移动，同时抓取不同图像生成具有较高分辨的图像。整个图像采集过程实现了全自动化。全新的产品，独一无二的超高分辨技术，让greateyes再一次成为业界人士关注的品牌。作为国际知名的先进探测器生产企业，greateyes为客户提供全球最高端最具性价比的探测器，北京众星联恒致力于成为中国最优秀的专业技术服务团队，为中国地区客户提供一流的本地服务和技术支持。