英国科学家研制出廉价高速的共聚焦显微镜

英国莱斯特大学的研究人员将家用电子产品的廉价组件与他们的共聚焦显微镜相结合,使成像速度比常规仪器提高了100倍,而图像质量也毫无损失。莱斯特大学的研究人员打算观察大脑组织中释放的钙和神经递质,但此过程仅为几毫秒。于是,他们开发出一种附加的共聚焦系统,来改善现有显微镜的采集时间。利用廉价的光源,新仪器将采集速度提高了100倍,足以对大鼠神经元中的高速钙信号成像,但分辨率与传统的共聚焦仪器相当。

利用传统的激光扫描共聚焦显微镜来研究活细胞中的分子事件还相当具有挑战性。这些显微镜用激光对样品进行连续扫描,并通过空间共轭光阑(针孔)阻挡离焦平面光线而成像。尽管这种方法可以获得高分辨率的图像,但通常需要2秒才能产生。

新仪器融合了数字微镜元件(DMD)来定义样品照明和检测的模式,DMD也是电视剧和投影仪中的一个廉价组件。DMD是在半导体芯片上布置一个由1024x768个微镜片所组成的矩阵,每个可选择开或关,之后采集样品上发射出的光。

新仪器所采用的DMD与转盘式共聚焦技术的原理相同,只不过微镜片充当针孔。更重要的是,DMD可以编程。文章作者Nicholas Hartell表示:“您可以选择您想要的分辨率水平。如果您想要非常高的分辨率,那么速度会慢一些,但是如果您不介意损失一些分辨率,您可以非常快。”

尽管其他研究小组也在共聚焦仪器中融合了DMD,但没有人报告图像获取速度的改进。相反,Hartell等则使用了一个系统,能更加快速地开关镜片。此外,镜片能比基于透镜的系统更高效地采集发射光。

这种显微镜没有移动的部件,相当稳固,而且可编程、数字微镜片的使用也让用户能够改变镜片的大小和间隔,以便选择图像质量,并适应不同的成像条件。因此,与有着相似速度的其他显微镜相比,它有着更大的灵活性。

此外,新的显微镜也相对廉价,因为其光源发光二极管比传统仪器所使用的激光要便宜得多。不同波长的激光可能需要数万美元,而这种光源只需要100美元。

如今,Hartell的研究小组正在与莱斯特大学的空间研究中心合作,试图加入一个更快的检测器,他预计在几个月后有结果。同时,他们也正在商业化这款仪器。