如何使用長焦距顯微鏡觀察活體樣本？

使用長焦距顯微鏡觀察活體樣本需兼顧高分辨率成像與樣本活性維持，核心在于??光學系統適配、環境控制及動態觀察技術??的結合。以下是具體操作流程與關鍵技巧：

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??一、前期準備：設備與樣本適配??

??1. 顯微鏡選擇與配置??

• ??長焦距物鏡選擇??：
  • 長焦距物鏡（如50×、100×長工作距離物鏡，工作距離≥5 mm）可避免鏡頭與樣本接觸，適合觀察培養皿、微流控芯片中的活體樣本（如細胞團、小型模式生物）。
  • 若需更高分辨率，可搭配油浸長焦物鏡（但需避免油滴接觸活體樣本，通常用于固定樣本）。
• ??配套光學模塊??：
  • ??落射熒光模塊??：若樣本標記熒光蛋白（如GFP、RFP），需配置激發濾光片、二向色鏡及發射濾光片，激發波長需匹配熒光探針（如GFP激發488 nm）。
  • ??差分干涉對比（DIC）模塊??：增強樣本表面形貌對比度（適合觀察活體組織切片或胚胎發育）。

??2. 活體樣本制備??

• ??培養環境適配??：
  • 將樣本置于專用培養皿（如μ-Dish、Glass Bottom Dish）中，底部需平坦透明（如蓋玻片或特殊光學樹脂），避免長焦物鏡因工作距離限制無法對焦。
  • 若樣本需懸浮（如斑馬魚幼體、原生動物），使用開放式培養皿或微流控芯片，搭配溫濕度控制載物臺。
• ??維持活性的關鍵條件??：
  • ??溫度??：恒溫載物臺（37℃±0.5℃，哺乳動物細胞）或環境艙（室溫~42℃可調），避免溫度波動導致樣本應激。
  • ??氣體??：密閉培養艙通入5% CO?（維持pH穩定）及95%空氣（或高氧環境，如斑馬魚需21% O?）。
  • ??濕度??：載物臺覆蓋濕潤濾紙或連接濕度控制器（相對濕度＞80%，防止樣本脫水）。

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??二、顯微鏡操作步驟??

??1. 粗調與對焦??

• ??低倍預覽定位??：
  • 先用低倍物鏡（如4×或10×）快速定位樣本區域（如細胞集群、胚胎位置），避免長焦物鏡因視野窄直接搜索困難。
• ??長焦物鏡切換與對焦??：
  • 轉換至長焦物鏡后，通過粗調螺旋將物鏡降至接近樣本（注意工作距離，避免碰撞），再逐步微調聚焦旋鈕至圖像清晰。
  • ??技巧??：活體樣本易移動，可先暫停培養液流動（如關閉微流控泵）或降低溫度（短暫至30℃）減少漂移，完成對焦后再恢復環境。

??2. 動態觀察參數設置??

• ??曝光與增益控制??：
  • 降低熒光激發光強度（如LED光源調至50%~70%功率），減少光毒性；延長曝光時間（如100~500 ms）或提高相機增益（但需平衡信噪比）。
  • ??活體樣本專用模式??：啟用“低光毒性成像”模式（部分顯微鏡軟件內置），自動優化光源脈沖頻率與強度。
• ??時間序列成像??：
  • 設置間隔拍攝（如每30秒1幀，持續1小時），記錄細胞遷移、分裂等動態過程；若樣本移動快（如斑馬魚心跳），可提高幀率（10~30 fps）并縮小視野范圍。

??3. 環境穩定性維持??

• ??防震與抗干擾??：
  • 將顯微鏡置于防震臺（尤其共聚焦或高分辨率模式），避免人員走動或設備振動導致圖像模糊。
  • 關閉室內強光（減少環境光干擾），關閉空調直吹載物臺（避免氣流擾動樣本）。

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??三、關鍵注意事項??

??1. 光毒性管理??

• ??減少激發光暴露??：
  • 使用窄帶濾光片（如GFP激發帶通470/40 nm）提高光效率，降低總光照強度；
  • 采用間歇成像（如每觀察5幀暫停10秒），避免連續光照導致活性氧積累。
• ??樣本狀態監測??：
  • 實時觀察細胞形態（如胞膜完整性、線粒體分布），若出現腫脹、碎片化等損傷跡象，立即停止成像或降低光照強度。

??2. 焦面漂移補償??

• ??硬件解決方案??：
  • 配置自動對焦模塊（如電動Z軸步進電機），每隔一定時間（如1分鐘）重新校準焦平面；
  • 使用抗漂移載物臺（如壓電陶瓷驅動平臺），補償樣本因溫度變化或培養液流動導致的位移。
• ??軟件算法輔助??：
  • 啟用“實時焦面追蹤”功能（部分顯微鏡軟件支持），通過檢測樣本邊緣或熒光標記點自動調整焦距。

??3. 樣本污染風險控制??

• ??避免介質蒸發??：
  • 培養皿加蓋透氣膜（如聚四氟乙烯膜），或使用密封式微流控芯片，防止培養液蒸發導致鹽濃度升高。
• ??清潔鏡頭與載物臺??：
  • 觀察結束后，用無水乙醇擦拭物鏡前端（避免殘留培養液腐蝕鏡片），載物臺用75%乙醇消毒（尤其接觸過病原體樣本后）。

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??四、常見問題與解決方案??

??問題現象??	??可能原因??	??解決方案??
圖像模糊（非對焦問題）	樣本移動過快、環境振動	降低培養液流速、啟用防震臺、縮短曝光時間
熒光信號弱	激發光強度不足、濾光片匹配錯誤	提高LED功率（≤70%）、檢查濾光片組波長匹配性
樣本快速死亡	溫度/CO?波動、光毒性過強	檢查恒溫系統、通入氣體流量、降低光照頻率
焦面漂移嚴重	載物臺熱膨脹、樣本形變	啟用自動對焦、改用抗漂移載物臺

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??五、總結??

長焦距顯微鏡觀察活體樣本的核心是??平衡分辨率與樣本活性??：通過長工作距離物鏡減少物理干擾，結合恒溫、恒濕、低光毒性成像技術維持樣本生理狀態，并利用動態對焦與時間序列成像捕捉活體過程。操作中需嚴格控光、控溫、防震，針對不同樣本特性（如細胞、小型生物、組織）靈活調整參數，才能實現高質量、低損傷的活體成像。