光学显微镜观察方式之荧光观察方式介绍

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光学显微镜的观察方式中,荧光观察是一种重要且广泛应用的技术。以下是对荧光观察方式的详细介绍:

一、荧光现象

荧光是一种光致发光现象,指的是某些分子在吸收特定波长的光线(激发光)后,能够再发射出其他波长的光线(发射光)。这种分子被称为荧光团,其激发光谱和发射光谱之间存在差值,发射光能量比激发光低,波长比激发光长,这个差值称为“斯托克斯位移”。荧光现象包括自发荧光与继发荧光两种:

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自发荧光:是指样品自带荧光团,经照射后就能发出荧光,如叶绿体。

继发荧光:也称二次荧光,样品经照射后不能发出荧光,需先用荧光染料标记处理,再经照射才能发生荧光。荧光显微镜主要利用的是继发荧光。

二、成像原理

某些分子能吸收特定波长的光线,然后再发射出更长波长的光线。光谱波长从短到长,颜色分别是“紫外-紫-蓝-绿-黄/橙-红-红外”,短波长激发可以激发长波长发射,比如紫外激发蓝色发射,蓝光激发绿色发射。在荧光显微镜中,通常使用荧光染料或转染技术,将荧光团结合到目标组织或细胞器等结构上,再用荧光显微镜激发观察,从而实现高特异性、高灵敏度观察。

三、荧光显微镜的关键部件

荧光显微镜是利用荧光特性进行观察、成像的光学显微镜,其构造主要包括以下几个关键部件:

荧光光源:用于提供荧光激发光,核心规格是光谱特征波长,要求能覆盖染料的激发特征波长,并提供足够光强。常用的荧光光源有汞灯、氙灯、金属卤素灯以及LED荧光光源。其中,LED荧光光源在开关性能、使用寿命、光强可控性和免维护等方面具有显著优势。

荧光激发块:一组激发块由激发滤光片、发射滤光片和二向分光镜组成。激发滤光片只让特定波长激发光通过,用以激发特定荧光染料;发射滤光片匹配荧光染料特性,只让特定波长的发射荧光通过;二向分光镜反射激发波段的光,透过发射波段的光。激发块的作用是筛选特定的激发光和发射光,透过目标荧光信号。其核心规格是光谱波长参数,其波长参数与荧光染料匹配度会极大影响荧光观察效果,匹配不佳会带来更多背景杂讯、更低的信噪比。

荧光臂/荧光模块:用来安装荧光光源和激发块的载体,核心规格是通道数和光源接口,影响配件适配和扩展性。此外,荧光显微镜还可能配备有外置快速转轮等部件,以实现高速多色实验。

四、荧光观察的成像特点

荧光观察成像特征是暗背景和荧光色的目标信号,这带来了以下应用优势:

高特异性和高灵敏度:可以特异性标记微小的细胞结构、分子、基因、蛋白、化合药物等。

多通道检测:可标记多种染料用于指示不同部位实现多通道成像,适合研究复杂生物系统的相互作用。

适用范围广:可实现活体、离体、标记、自发等多种方式的荧光成像,对样本限制较少。

五、荧光观察方式的主要应用

荧光显微镜广泛应用于细胞生物学、神经生物学、植物学、微生物学、病理学、遗传学以及医疗诊断、产业应用等领域。

生物学研究:借助荧光染料标记,荧光显微镜可准确而详细地识别细胞和亚微观细胞成分和活动,如细胞和亚微观细胞结构、细胞生理、动物生理病理等。

医疗诊断:荧光显微镜可用于原位荧光杂交技术(FISH)检测癌症、呼吸道病毒检测、真菌镜检等。

产业应用:在材料科学领域,荧光显微镜可用于检测矿物、纺织、纸张等材料的成分;在药品检测方面也有重要应用。

综上所述,荧光观察方式作为光学显微镜的一种重要观察手段,具有广泛的应用前景和重要的研究价值。