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)

  1. LSM880 激光共聚焦显微镜的配置及应用范围
  2. 激光共聚焦显微镜的原理
  3. LSM880 激光共聚焦显微镜的光路部件
  4. 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)

  1. 硬件部件介绍和激光安全介绍
  2. 开关机顺序以及注意事项
  3. 二维单通道图像的获取
  4. 多通道图像的获取
  5. 透射光图像的拍摄
  6. 图像的保存和导出
  7. Z-stack 图像拍摄及 Maximum Intensity Projection(最大强度投影)图像处理
  8. Time series 图像拍摄
  9. 大视野拼图
  10. Airyscan 图像的拍摄
  11. 荧光强度分析

关联笔记