Zeiss LSM 880 with Airyscan 共聚焦显微镜培训讲义
蔡司（ZEISS）官方培训材料，应用专家李筱婷主讲，2018年9月12日版本。面向生命科学研究者的 LSM 880 共聚焦显微镜系统培训，涵盖原理、硬件、操作、成像策略、Airyscan 技术等全流程内容。
基本信息
- 设备型号：Zeiss LSM 880 with Airyscan
- 主讲人：Li Xiaoting（李筱婷），Application Specialist（蔡司应用专家）
- 日期：2018年9月12日
- 文档形式：PPT 导出 PDF，89页，中英双语
- 培训形式：理论讲座 + 分批次上机操作（4天7个小组）
培训日程安排（4天）
| 日期 | 上午 | 下午 |
|---|---|---|
| 9月11日（周二） | 9:00-10:30 理论讲座：共聚焦原理及应用 | 13:30-17:00 上机操作培训（第一组） |
| 9月12日（周三） | 9:00-12:30 上机操作培训（第二组） | 13:30-17:00 上机操作培训（第三组） |
| 9月13日（周四） | 9:00-12:30 上机操作培训（第四组） | 13:30-17:00 上机操作培训（第五组） |
| 9月14日（周五） | 9:00-12:30 上机操作培训（第六组） | 13:30-17:00 上机操作培训（第七组） |
Agenda（四大模块）
- LSM880 激光共聚焦显微镜的配置及应用范围
- 激光共聚焦显微镜的原理
- LSM880 激光共聚焦显微镜的光路部件
- 如何获取一张高质量的图像
一、应用范围
共聚焦显微镜广泛应用于生物、医学等几乎所有科学领域：
- 生命科学：细胞科学、生物化学、发育生物学、神经生物学、植物生物学、遗传学、蛋白质组学、信号转导
- 医学研究：阿尔茨海默病、癌症研究、HIV研究、病毒学、寄生虫学、药理学、流行病学
- 其他学科：农业研究、植物学、免疫学、生态学、进化生物学、食品设计、材料科学、材料质量控制、膜研究、物理学
二、基本成像功能
2.1 二维荧光图像采集
- 高质量单通道或多通道荧光照片
- 多色荧光标记示例：
- 绿色：GFP 融合蛋白（标记高尔基体）
- 红色：抗体（标记微管）
- 蓝色：DAPI（标记细胞核）
2.2 Z 轴采集（三维成像）
- Z-Drive 驱动样品/物镜沿Z轴移动，逐层扫描
- 每层采集一幅 X/Y 二维图像，按深度堆叠形成 X/Y/Z Stack
- 应用案例：果蝇脑不同神经元群体三维成像
2.3 四维动态成像（时间序列）
- 案例：果蝇胚胎发育（Drosophila melanogaster）
- 标记对象：微管（Jupiter-GFP）
- Z轴层扫：72个切片，深度编码显色
- 时间采样：每15分钟一次
- 总观测时长：11.5小时
- 样本提供方：维也纳大学 Max F. Perutz 实验室
2.4 大视野拼图（Tile Scan）
- 大面积组织样本成像
2.5 光谱成像与光谱拆分
- 应用场景：活植物细胞多色共聚焦成像
- 技术优势：区分发射光谱重叠的不同荧光信号
- 案例：5种荧光同时成像
- GFP (513nm) / Venus (530nm) / MitoTracker Orange (584nm) / FM4-64 (664nm) / 叶绿素 (682nm)
- 成像参数：主增益560、针孔54μm、滤光片410-695nm、分光镜MBS 488/561
- 激光：488nm (0.80%)、561nm (0.80%) — 弱激光防光漂白
三、Airyscan 技术（核心亮点）
3.1 技术定位
- Airyscan = 高分辨率 + 高信噪比成像
- LSM 880 的标志性技术，也是蔡司与竞品的差异化优势
3.2 核心观点
没有良好的信噪比（SNR），分辨率就没有实际意义。
Airyscan 同时兼顾高分辨率与高信噪比，才能有效观测精细结构。
3.3 应用案例：端粒生物学研究
- 研究对象：缺失 RTEL1 的端粒复制过程
- 可清晰观察到「复制叉停滞、端粒断裂」现象（呈”双点”形态）
- 样本提供方：美国索尔克研究所（The Salk Institute, La Jolla, USA）
- J. Karlseder 博士（分子与细胞生物学实验室）
- J. Fitzpatrick 博士（Waitt 高级生物光子学中心主任）
- 分辨率可达 120 nm
3.4 使用灵活性
- Airyscan 可仅作为额外检测器使用，无需大幅改变操作习惯
- 参数设置与常规共聚焦一致：
- 扫描速度、ROI（感兴趣区域）、视野方向
- 激光波长选择、多通道跟踪（multitracking）
- Z-stack、时间序列成像
- 样品制备和荧光染料选择无需重新设计
四、成像质量控制
4.1 PMT 工作原理与噪声
- 光电倍增管（PMT） 结构：
- 光阴极（Photocathode）：光电效应，光子打岀光电子
- 打拿极（Dynodes）：逐级倍增电子数量
- 阳极（Anode）：收集电子并输出信号
- 噪声来源：弱样品时高增益会引入噪声——电子不全部来自样品光子，有杂散电子
- 现象：最高增益（Highest Gain）下，像素看起来亮，但包含大量噪声假信号
4.2 扫描策略：如何拯救图像信噪比
- “好图像”：背景干净，信号清晰锐利
- “坏图像”：背景布满噪点，信号颗粒感强
- 信噪比是成像质量的核心指标
五、上机操作培训内容（11项）
- 硬件部件介绍和激光安全介绍
- 开关机顺序以及注意事项
- 二维单通道图像的获取
- 多通道图像的获取
- 透射光图像的拍摄
- 图像的保存和导出
- Z-stack 图像拍摄及 Maximum Intensity Projection（最大强度投影）图像处理
- Time series 图像拍摄
- 大视野拼图
- Airyscan 图像的拍摄
- 荧光强度分析
关联笔记
- Zeiss 710 共聚焦显微镜用户指南-康奈尔BRC — 同系列蔡司 LSM 710 用户指南
- Zeiss LSM 800 共聚焦显微镜用户指南-IREC成像平台 — LSM 800 操作指南（Airyscan）
- 德国Zeiss激光扫描共聚焦显微镜快速操作手册-孙凯 — LSM 710 中文版快速操作
- 蔡司LSM 700-CSM 700共聚焦显微镜技术宣讲 — 蔡司形貌测量专题
- 奥林巴斯FV3000共聚焦激光扫描显微镜产品手册 — 竞品对比
- 徕卡TCS SP8 STED共聚焦显微镜快速操作手册 — 竞品对比（STED 超分辨）
- 共聚焦软件使用说明-功能模块手册 — 自研共聚焦软件参考