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Zeiss LSM 710 SIM 超分辨显微镜操作手册

作者:Matyas Molnar, Biovis, 2016 适用于 Zeiss LSM 710 配置 SIM(结构光照明显微镜)超分辨模块的系统 配套软件:ZEN(black/blue edition)

一、系统组成

部件说明
显微镜镜体激光共聚焦 + SIM 超分辨两用
激光安全箱采集前确认所有开口关闭
主开关面板Main switch / Systems-PC / Components 三组开关
荧光灯控制盒X-cite 白光荧光灯
Argon 共聚焦激光器独立黑色小盒,钥匙开关 + LASOS 控制面板
SIM 激光盒 (Elyra)超分辨专用激光
Real time PC右侧实时计算机,死机需按前面板 reset
主计算机左侧,运行 ZEN 软件
可升降聚光镜明场照明

二、开机流程

  1. 检查显微镜外观是否清洁正常,如有问题记录在日志本
  2. 打开 Main switch(激光箱面板上)
  3. 打开 Systems/PC(激光箱面板上)
  4. 打开 Components(激光箱面板上)
  5. 打开荧光灯(白色 X-cite 盒子上的按钮)
  6. 打开左侧主计算机,用个人账号登录
  7. 等待约 1 分钟系统完全启动
  8. 启动 ZEN 软件
  9. 如与 Real time PC 连接失败:整机断电 → 按右侧 PC 前面板 reset 键 → 重启
  10. 如需使用 Argon 激光器:打开小黑盒钥匙开关 → 将 LASOS 控制面板拨到 “RUN”

三、ZEN 软件 — Locate 定位标签

用于目镜观察样品、快速聚焦和初步查看。

功能操作
明场灯开关透射光开关按钮
明场光强调节亮度调节旋钮/滑块
物镜切换物镜转盘
荧光通道切换注意:Locate 模式下唯一可用的滤镜是 FSet25 HE(三色通道滤镜)
荧光灯开启拨到 ON → 调至至少 12% 强度 → 打开快门

四、ZEN 软件 — Acquisition 共聚焦成像

始终勾选 “show all tools” 以显示全部工具面板。

4.1 主要面板

面板功能
Smart Setup快速设置荧光通道,新手推荐。注意:对多光子激光无效,需手动设置
Acquisition 按钮开始/停止采集
Experiments高级成像模式:Z-Stack / Time Lapse / 光漂白 / Tile 扫描 / ROI 成像
Laser menu开关 SIM (Elyra) 激光器。HeNe/405nm 常亮,Argon 需在硬件面板开
Acquisition mode成像质量设置:分辨率、速度、平均、位深
Imaging setup设置激发/发射波长,同时成像/序贯成像切换
Channels激光功率 (AOTF)、PMT 增益、数字偏移、针孔大小

4.2 Smart Setup 快速通道设置

  • 选择荧光染料
  • 选择同时成像(simultaneous,快)或序贯成像(sequential,信号好但慢)
  • 多光子通道需手动设置

4.3 采集控制按钮

按钮功能用途
Live慢速实时模式找样品位置、粗调焦距、调整强度
Fast Live快速实时模式快速浏览、找视野
Snap单帧拍摄最终成像
Auto-adjust自动曝光快速估算参数

4.4 Channels 通道参数调整

  • AOTF/Power:激光功率
  • Gain:PMT 探测器增益电压
  • Digital Offset:背景(暗电平)调整
  • Digital Gain:建议忽略(纯数字放大,增加噪声)
  • Pinhole:光学切片厚度,点 “1 AU” 获得标准共聚焦
  • NDD 多光子:无针孔调节

强度调整最佳实践

  • 开启 Range Indicator(底部):蓝色 = 过暗(像素值 0),红色 = 过曝(超出探测器范围)
  • 绝对避免红色过曝区域——信息永久丢失
  • 调激光功率或调增益,没有固定规则:高激光+低增益 = 图像质量好、噪声低,但样品易漂白
  • 核心原则:质量 vs 时间/漂白的权衡 (COMPROMISE)
  • 针孔变化后信号强度会变,需重新调整

4.5 Acquisition Mode 成像模式

参数说明建议
Scan modeSpot / Line / Frame一般用 Frame
X-Y 分辨率图像像素尺寸不确定按 “Optimal”;3D 成像用 512×512 省时间
Scanning speed扫描速度越快质量越差,样品依赖,需尝试
Bit depth位深需后期处理选 16 bit;一般 8 bit 足够。不影响时间,只影响文件大小
Averaging帧/线平均去噪次数越多质量越好但越慢,选 line 或 frame 平均

4.6 图像窗口

  • Split:通道分色显示
  • Gallery:Z 栈/时间序列画廊
  • Orthogonal:正交投影(XYZ 三视图)
  • 3D rendering:3D 渲染
  • Range indicator / Histogram:过曝指示 + 直方图
  • Reuse:复用已有采集参数
  • Crop:裁剪放大(Live → Stop → Crop → 调框 → 再采集)

五、Z-Stack 三维成像

两种设置方式:

First/Last 方式

  1. Live 模式下找到样品一端 → Set First
  2. 找到另一端 → Set Last
  3. 设置切片数:Interval(间距)或 Slice(总数),不确定按 Optimal
  4. 优化所有通道针孔(仅 LSM 模式有效)
  5. 深层样品可设梯度强度补偿
  6. 点 Start Experiment 开始采集

Center 方式

  1. 找到样品中心 → Set Center
  2. 设总切片数 + 间距(上下均分),Optimal 自动计算
  3. 优化针孔
  4. Start Experiment

六、Tile Scan 大图拼接

  • 可设置水平/垂直 tile 数量,围绕当前位置扩展
  • 可旋转样品
  • 注意:此设备未购买拼接模块,不能自动拼接,但可在 Contents of image window 模式下导出为单张 TIFF

七、保存与导出

数据不会自动保存,仅在内存中。每次采集后务必保存!按 Live/Snap/Start Experiment 会覆盖未保存数据。

两种保存方式:

方式格式用途
完整数据保存.czi 或 .lsm含全部设置,可重新打开用 Reuse 复用参数。不是通用图像格式
导出图像.tif (推荐)可用第三方软件打开、用于发表。导出 “Contents of image window” 即当前所见

导出技巧:

  • 可关闭不需要的通道、加标尺后导出
  • 可导出 Split 模式或 Orthogonal 模式视图
  • Z 栈/时间序列可导出为系列单张 TIFF(Contents → series)

八、SIM 超分辨成像

8.1 SIM 成像设置(Acquisition tab)

参数说明建议
成像模式切换到 SIM确认使用 Elyra SIM 模式
Grid rotation光栅旋转角度用 5 次旋转获得最佳结果
采集模式Frame 或 Z-stack多通道时必须选 Frame/Z-stack
Track 数通道/轨道数按染料数设置
Laser power激光功率调整强度的首选参数
Exposure time相机曝光时间默认 100 ms,尽量保持
Emission filter发射滤镜排除 FSet25 HE(那是 Locate 用的目镜滤镜)
物镜63x/1.4 NASIM 必须用此物镜,软件自动选对应光栅

8.2 SIM 强度调整

  • 使用 16-bit 相机,监控直方图
  • 用 Auto contrast (Min/Max / Best Fit) 查看图像(SIM 工作在直方图暗区)
  • 正确强度标准:每通道直方图至少有 1000-2000 个值的动态范围;最弱信号至少 256(8 bit)
  • 调整策略:先调激光功率,保持 100 ms 曝光。只有出现漂白时才降低激光、增加曝光(会大幅增加成像时间)

九、SIM 图像处理

采集后先保存 .czi 再处理。先自动处理,不满意再手动微调。

自动处理

  1. 切到 Processing 标签
  2. 选 Structured Illumination
  3. 选要处理的数据集
  4. 输出选 SR-SIM(另一选项是反卷积)
  5. Apply 等待处理

手动处理(消除伪影/像差)

  1. 先在 Info 标签查看自动处理用了什么参数
  2. 切换到手动处理模式
  3. 选择处理的平面(单张或 first-last 范围)
  4. Z 栈选 3D 模式
  5. 选择通道
  6. 关键参数:Noise filter(噪声滤波)——对分辨率和伪影影响最大
    • 取消 Auto noise filter
    • 自动处理用 -6,若伪影多尝试 -5、-4 等数值降低分辨率(消除伪影)
    • 不要改 SR Frequency Weighting
  7. Baseline shifted/cut:直方图背景处理(Shift 保留全部,Cut 去除背景)
  8. Fourier space 视图可预览参数效果

SIM 成像建议

  • 始终采集小 Z 栈(Center 模式,约 5 层,Optimal 间距)——可补偿焦点漂移
  • 采集后 + 处理后都记得保存 .czi,需要的话导出 TIFF

十、关机流程

每次使用后(非当日最后一人)

  1. 将数据传输到 DATASHARE 计算机(工作站房间),再用 USB 或服务器带走
  2. 清洁所有物镜、聚光镜、载物台
  3. 转到最低倍物镜(或空位置)
  4. 关闭 ZEN 软件,注销账号(不是当日最后一人可让激光器保持开启)
  5. 填写日志本,记录任何问题

当日最后一人(追加步骤)

  1. ZEN 中先关闭所有激光器,再关软件
  2. 关闭 LASOS 控制面板(待机)→ 钥匙关闭 Argon 激光器 → 等待 5 分钟冷却(通风扇自动停)
  3. 关闭计算机
  4. 关闭荧光灯(X-cite 白盒)
  5. 关闭 Components
  6. 关闭 Systems/PC
  7. 关闭 Main switch
  8. 盖上显微镜防尘罩
  9. 填写日志本

十一、关键要点汇总

  • COMPROMISE 原则:成像质量 vs 时间 vs 样品漂白,三者权衡
  • 避免过曝(红色 Range Indicator),信息不可逆丢失
  • SIM 必须用 63x/1.4 物镜,5 次光栅旋转
  • SIM 强度调整先调激光,保持 100ms 曝光
  • SIM 处理先自动再手动,Noise filter 是最关键参数
  • Z 栈不确定间距就按 Optimal
  • 每次采集后立即保存,防止被覆盖
  • Argon 激光关机后等 5 分钟冷却再断电

关联笔记