Nikon A1R MP 共聚焦显微镜培训手册

培训手册作者:Karl Ferdinand Ziegler,2017-11-27 版,19 页。 设备:Nikon A1R MP 共聚焦激光扫描显微镜(配备多光子 Multiphoton 模块) 软件:NIS Elements


一、开关机流程

开机顺序(1→7,顺序很重要)

  1. 激光器电源(Power supply for Lasers)
  2. 激光钥匙开关(Key switch for laser)
  3. 电源控制单元(Power supply control unit)
  4. 金属卤化物灯(Metal halide lamp,落射荧光用)
  5. 卤素灯泡(Halogen bulb,透射光明场用)
  6. 电动载物台电源(Power supply motorized stage)
  7. 显微镜电源(Power supply for microscope)

关机顺序

完全反向:7→1(先关显微镜,最后关激光器电源)


二、样品查找(三种方式)

2.1 明场观察(Brightfield,无 DIC)

  1. 开机后不启动软件
  2. 选择物镜,确保清洁并滴好油/水
  3. 放置样品
  4. 确认滤光片不在光路中(Panel A)
  5. 打开透射光按钮,调节强度旋钮(Panel C)
  6. 将滤光片转盘切换到空位(Panel D/E)
  7. 用目镜找样品
  8. 载物台控制(Panel F):
    • 旋钮 [1] 旋转 → 改变 XY 移动速度
    • 旋钮 [1] 平移 → XY 方向移动
    • 按钮 [2] → 改变 Z 移动速度
    • 旋钮 [3] 旋转 → Z 方向移动

注意:对比度不够时用 DIC;减少光漂白要及时关灯,用最低必要强度。

2.2 DIC 微分干涉(高对比度)

在明场基础上替换第6-7步:

  1. 起偏器(Polarizer, Panel B)推入光路
  2. Wollaston 棱镜就位(Panel C)
  3. 物镜下方另一个 Wollaston 棱镜(Panel D)
  4. 滤光片转盘切到检偏器(Analyzer, Panel E/F)
  5. 旋转起偏器调节 DIC 对比度(Panel G)

注意:20x 和 60x 物镜配 Wollaston 棱镜;40x 等其他物镜需咨询平台管理员。

2.3 落射荧光(Epi Fluorescence)

  1. 明场步骤 1-4 相同
  2. 打开金属卤化物灯快门(Panel B 旋钮 I),调节强度(旋钮 II)
  3. 滤光片转盘切换到 DAPI / FITC / TxRed 滤光片(Panel C/D/E)
  4. 用目镜找样品

注意:DIC 在此模式下不可用;尽量减少光照以防光漂白。


三、共聚焦软件操作(NIS Elements)

前提条件

  • 样品已聚焦
  • 透射光已关闭(减少光漂白)
  • 金属卤化物灯快门已关闭

3.1 软件启动与预设

两种配置方式:

  • a) 选择光学配置(Optical Configuration):如 “A1-488-561-640 TD”
  • b) 打开已有图像 → 右键 → Reuse camera settings(复用相机设置)

界面三大区域:

  • LUTs:查看当前强度值和缩放
  • General Acquisition settings:扫描速度、激光功率等
  • Optical Zoom:光学变焦(放大倍率↑,视野↓)

3.2 采集参数设置与 2D 成像

核心参数调节

参数位置效果
光源选择Panel A, 按钮1488nm(绿)/ 561nm(红)/ 638nm(蓝)/ 透射光
Interlock 解除Panel B, 按钮1红色时按下解除;需确认 L100 物镜已选
Scan / 激光开关Panel B, 按钮2实时扫描/冻结图像
增益 Gain (HV)Panel A, 区域2增加信号同时增加噪声
扫描速度Panel B, 区域8降速→信号↑但光漂白↑
激光功率Panel A, 区域4增加→光漂白显著增加
图像像素尺寸Panel B, 区域9标准 512 或 1024
扫描模式Panel B, 区域4Galvano(标准)/ Resonant(共振,更快更噪)
扫描方向Panel B, 区域6单向 / 双向(速度翻倍但噪声增加)
平均 AveragingPanel B, 区域10Normal / Line / Integral,降噪但变慢
针孔大小Panel B, 区域12推荐 1.2 AU(波长相关)
Capture 拍照Panel B, 按钮13采集最终图像

信号强度目标

  • LUT 强度值应保持在 2000–3000 之间
  • 避免像素饱和
  • 三个参数(增益/速度/激光功率)需平衡取舍

其他实用功能

  • Eye Port 按钮:关闭激光和探测器,切换到目镜观察(再按恢复)
  • 扫描速度单位:推荐用 Frame/sec
  • 实时帧率:Panel B 区域 11 显示 fps 和帧时间
  • 减少光漂白:尽量冻结图像(激光关闭)
  • 图像缩放:Auto scale 自动 / 手动调节

3.3 光学变焦与移动视野

  1. 在变焦区域(Panel A 区域1)输入值、拖动滑块或用鼠标框选
  2. 绿色框变红后 → 右键确认 → 变回绿色
  3. 可拖拽移动整个视场(建议保持在扫描区域中心,不要移到角落)
  4. 右键某点 → Move this Point to Center:将该点移到视野中心

3.4 Z-Stack 三维成像

操作步骤

  1. 设置好 2D 参数和视野后,按 Z-Stack 按钮
  2. 选择保存路径和文件名
  3. 只勾选 Z(取消其他)
  4. 三种定范围方式:
    • 方式一(手动上下限):找到底部按 Bottom,找到顶部按 Top,设置步长或步数
    • 方式二(对称厚度):输入总厚度,当前位置为中心
    • 方式三(非对称厚度):分别输入下方和上方厚度

重要注意事项

  • 步长/步数二选一,软件自动换算
  • Z 设备选 Ti ZDrive
  • 务必勾选 “Close active Shutter during Z Movement”(Z 移动期间关闭快门,减少光漂白)

3.5 不同视图模式

视图说明要求
Slice ViewXY + XZ + YZ 正交投影视图需要 Z 或 T 维度
Volume View3D 体积渲染模型需要 Z 维度
Tiled View平铺显示各帧(拼图)需要 Z / T / XY 维度

3.6 比例尺(Scale Bar)

  • 图像右侧按钮添加
  • 可选垂直或水平
  • 可烧录到图像中或移动位置

3.7 数据保存

用于分析(For Analysis)

  • 格式:ND2(Nikon 原始格式)
  • 保存内容:图像原始数据 + 显微镜配置参数
  • 特点:可复用相机设置,可后续重新分析;文件较大,不适合邮件发送

用于邮件发送

  1. 将图像窗口置顶
  2. 两种方式生成图像:
    • Edit → Create Full View Snapshot (8bit RGB)
    • 快捷键 Shift + Z
  3. File → Save as → 选择 TIFF 格式
  4. 根据需要勾选合并选项

四、多光子成像(Multi Photon / MP)

⚠️ 重要警告:使用多光子前必须关闭室内灯光并关门,否则会损坏探测器!

4.1 单色多光子

  1. 按 MP 按钮切换到多光子模式
  2. 系统自动配置,所有激光源波长变为 800nm
  3. 只留一个通道勾选(其他取消),可调 HV 和激光功率
  4. 右键黑屏 → Acquisition Controls → A1 MP GUI 打开多光子控制面板
  5. MP GUI 操作:
    • On 按钮:开启发射激光(黄灯=预热,绿灯=就绪)
    • Shutter 按钮:左黄(开)/ 右灰(关)控制激发快门
    • Wavelength:激发波长调节,范围 700–1000 nm
    • Auto:激光对准选自动
  6. 设置扫描速度、图像大小等 → Scan / Capture 采集

4.2 多色多光子

方法一:单波长同时激发(最快)

  • 每个荧光团勾选对应通道,独立调节 HV
  • 缺点:无法为每种荧光团使用最佳波长,需要折中
  • 优点:速度最快

方法二:多波长顺序扫描(质量更好)

  1. Calibration → Optical Configuration(或 Ctrl+N)
  2. 左侧 MP → Duplicate(复制),命名如 MP-green-xxx、MP-red-xxx
  3. 对每种颜色单独设置:波长、功率、增益等
  4. 保存:右键光学配置 → Assign current camera setting
  5. 打开 ND Acquisition Wizard(ND 采集向导)
  6. 只勾选光学配置维度,添加所有配置
  7. 可用箭头调整顺序
  8. 按 Run Now 开始

4.3 多色 + Z-Stack 组合

  1. 分别设置 Z-Stack 和多色 MP
  2. 关键优化:确保 Z-Stack 符号在左侧、多色在右侧(先扫完一个波长的全部 Z 层,再切下一个波长)
  3. 如果顺序反了,系统每层 Z 都要切换波长,速度极慢

多光子推荐物镜

  1. Plan Fluor 20x MI
  2. APO Lambda S LWD 40x WI
  3. Plan APO IR 60x WI

离开实验室前:务必将显微镜切回共聚焦模式(顶部切换),探测器会自动切换。


五、故障排除

设备无法识别(软件启动报错)

  1. 关闭软件 → 等 30 秒
  2. 关闭控制单元(开机步骤第3步)→ 等 1 分钟
  3. 确认其他 6 个电源开关都开着(除了控制单元)
    • 如果不是:按开机顺序依次打开(除控制单元外)
    • ⚠️ 不要全部关掉
  4. 等 1 分钟
  5. 打开控制单元 → 等 1 分钟
  6. 启动软件

如果问题仍在,联系设备管理员 Andy Schaber 或 Ferdinand Ziegler。

金属卤化物灯注意事项

  • 关闭后至少等 15 分钟才能重新打开,否则会损坏光源
  • 没有金属卤化物灯也能用软件,只是不能用落射荧光找样品

关键要点速查

项目推荐值/操作
针孔大小1.2 AU
LUT 强度目标2000–3000
图像像素512 / 1024
多光子波长范围700–1000 nm
保存格式(分析用)ND2
保存格式(邮件用)TIFF(8bit RGB 快照)
光漂白防护及时冻结图像/关灯 / Z 移动关快门
扫描速度权衡慢=好信号但多漂白
多光子安全必须关灯关门

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