




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文檔簡介
OUTLINE7.1OpticalMicroscopy7.2ConfocalMicroscopy7.3ApplicationsofConfocalMicroscopyinBiomedicine本文檔共73頁;當(dāng)前第1頁;編輯于星期五\22點4分7.1OpticalMicroscopyThreegoals:produceamagnifiedimageofthespecimen,separatethedetailsintheimage,renderthedetailsvisibletothehumaneyeorcamera.Simplesinglelensdevicesthatareoftenhand-held,suchasamagnifyingglass.Multiple-lensdesignswithobjectivesandcondensers(compound)本文檔共73頁;當(dāng)前第2頁;編輯于星期五\22點4分Microscopy:HistorySimpleCompound本文檔共73頁;當(dāng)前第3頁;編輯于星期五\22點4分Microscopy:History本文檔共73頁;當(dāng)前第4頁;編輯于星期五\22點4分Microscopy:History本文檔共73頁;當(dāng)前第5頁;編輯于星期五\22點4分Microscopy:ImportanceBiomedicalsciences:overallmorphologicalfeaturesofspecimens;quantitativetooladvancesinfluorochromestainsandmonoclonalantibodytechniques:explosivegrowthintheuseoffluorescencemicroscopyinbothbiomedicalanalysisandcellbiology.opticalmicroscopemostimportantbiomedicalopticExplosivegrowthinphysicalandmaterialssciences;semiconductorindustry,
observesurfacefeaturesofhigh-techmaterialsandintegratedcircuitsForensicscientists:hairs,fibers,clothing,bloodstains,bullets,andotheritemsassociatedwithcrimes本文檔共73頁;當(dāng)前第6頁;編輯于星期五\22點4分SimpleMagnificationSo>>>2fSo>2fSo=2ff<So<2f本文檔共73頁;當(dāng)前第7頁;編輯于星期五\22點4分ImageformationonRetinado~25cm本文檔共73頁;當(dāng)前第8頁;編輯于星期五\22點4分CombinationofLensandEyeSimplemicroscope:bi-convexlens,imageperceivedbyeyeasifitwereatadistanceof10inchesor25centimeters(nearpoint)Imageappearsonsamesideoflensasobject,cannotbeprojectedontoascreen:virtualimage(upright,notinverted).Lightreflectedfromtheroseentersthelensinstraightlines,refractedandfocusedbythelenstoproduceavirtualimageontheretina.Imageoftherosemagnified:perceiveactualsizeofobjecttobeatinfinity;eyestracelightraysbackinstraightlinestovirtualimage
本文檔共73頁;當(dāng)前第9頁;編輯于星期五\22點4分CombinationofLensandEyeSofSilLMP=doDatl=f;DecreaselorL,increaseMP:MP=doD+1atl=0;L=doIncreaselorL,decreaseMP(D=1/f);do=nearpt~25cm本文檔共73頁;當(dāng)前第10頁;編輯于星期五\22點4分CompoundMicroscopeLensclosesttotheobject:objective.Lightfromcondenser,formslightconeconcentratedontotheobject(specimen).Lightpassesthroughthespecimenandintotheobjectiveprojectsareal,inverted,andmagnifiedimageofthespecimentoafixedplanewithinthemicroscope:intermediateimageplane本文檔共73頁;當(dāng)前第11頁;編輯于星期五\22點4分CompoundMicroscopeLfofeEyeorcameraMP=M(obj)M(e)=(-L/fo)(254/fe)本文檔共73頁;當(dāng)前第12頁;編輯于星期五\22點4分Airydisksandresolution.(a-c)Airydisksizeandrelatedintensityprofile(pointspreadfunction)asrelatedtoobjectivenumericalaperture,whichdecreasesfrom(a)to(c)asnumericalapertureincreases.(e)TwoAirydiskssoclosetogetherthattheircentralspotsoverlap.(d)Airydisksatthelimitofresolution.Airydisk本文檔共73頁;當(dāng)前第13頁;編輯于星期五\22點4分Resolutionr=1.2/2NA本文檔共73頁;當(dāng)前第14頁;編輯于星期五\22點4分7.2ConfocalMicroscopy本文檔共73頁;當(dāng)前第15頁;編輯于星期五\22點4分PrincipleofConfocalMicroscopy
本文檔共73頁;當(dāng)前第16頁;編輯于星期五\22點4分本文檔共73頁;當(dāng)前第17頁;編輯于星期五\22點4分本文檔共73頁;當(dāng)前第18頁;編輯于星期五\22點4分本文檔共73頁;當(dāng)前第19頁;編輯于星期五\22點4分PrincipleofCMThekeytechniquetoconfocalmicroscopy
SpatialFilteringTechniquesAdvantages(overconventionalwidefieldopticalmicroscopy)ControldepthoffieldEliminationorreductionofbackgroundinformationawayfromthefocalplaneCapabilitytocollectserialopticalsectionsfromthickspecimens本文檔共73頁;當(dāng)前第20頁;編輯于星期五\22點4分本文檔共73頁;當(dāng)前第21頁;編輯于星期五\22點4分HumanMedullaRabbitsunflowerMuscleFiberspollengrain本文檔共73頁;當(dāng)前第22頁;編輯于星期五\22點4分本文檔共73頁;當(dāng)前第23頁;編輯于星期五\22點4分本文檔共73頁;當(dāng)前第24頁;編輯于星期五\22點4分LasersThefarfieldbeginsatadistance,z,definedby(A(0)isthebeamdiameterattheexitapertureandlisthelaserwavelength)z=A02/l
本文檔共73頁;當(dāng)前第25頁;編輯于星期五\22點4分Wavelength(nm)BeamDiameter(mm)FarFieldDistance(cm)Argon-Ion4880.6745141.0195Helium-Neon5430.4305940.7836120.7806320.778Nd:YAG3553.025355321.0188Ti:Sapphire7902.05063952.010127900.881本文檔共73頁;當(dāng)前第26頁;編輯于星期五\22點4分Pinhole本文檔共73頁;當(dāng)前第27頁;編輯于星期五\22點4分ScanningSystem本文檔共73頁;當(dāng)前第28頁;編輯于星期五\22點4分Detectors本文檔共73頁;當(dāng)前第29頁;編輯于星期五\22點4分ResolutionandContrastResponseofAOpticalSystemPointSpreadFunction(PSF)Thepropertiesoftheintensitypointspreadfunctionintheimageplaneaswellasintheaxialdirectionaremajorfactorsindeterminingtheresolutionofamicroscope.IntensitypointspreadfunctionextendsinallthreedimensionsLateralcomponentsoftheintensitydistribution:Airydisk.本文檔共73頁;當(dāng)前第30頁;編輯于星期五\22點4分ResolutionandContrast本文檔共73頁;當(dāng)前第31頁;編輯于星期五\22點4分ResolutionandContrastOrderZeroCross-ingsPeaksI13.810027.01.7310.20.4413.30.2本文檔共73頁;當(dāng)前第32頁;編輯于星期五\22點4分ResolutionandContrast本文檔共73頁;當(dāng)前第33頁;編輯于星期五\22點4分ResolutionandContrastInWidefieldMicroscopeRayleighcriterion
forresolutionstatesthattwopointsareresolvedwhenthefirstminimum(zerocrossing)ofoneAirydiskisalignedwiththecentralmaximumofthesecondAirydisk.Thecontrastvalueis26.4percentrlateral=0.6l/NA
本文檔共73頁;當(dāng)前第34頁;編輯于星期五\22點4分ResolutionandContrastInconfocalconfigurations
PointwiseIlluminationScanning+PointwiseDetection
PSFconf.=PSFillum.*PSFdetc.~70%*PSFwidefieldTherefore,
rlateral=0.4l/NA
本文檔共73頁;當(dāng)前第35頁;編輯于星期五\22點4分ResolutionandContrastAxialResolutionWidefieldMicroscope:Noopticalsectioningcapability(a)ConfocalMicroscope:
Opticalsectioningcapability(b)本文檔共73頁;當(dāng)前第36頁;編輯于星期五\22點4分BenefitsofConfocalMicroscopyReducedblurringoftheimagefromlightscatteringIncreasedeffectiveresolutionImprovedsignaltonoiseratioZ-axisscanning,DepthperceptioninZ-sectionedimagesMagnificationcanbeadjustedelectronically本文檔共73頁;當(dāng)前第37頁;編輯于星期五\22點4分DrawbacksofConfocalMicroscopySloweracquisition-needtocollectonepixelatatimeIncreasedphotodamage(photobleaching)duetolongerexposuretoexcitinglight本文檔共73頁;當(dāng)前第38頁;編輯于星期五\22點4分HistoricalPerspective
ThebasicconceptofconfocalmicroscopyMarvinMinskyinthemid-1950s(patentedin1957)
M.DavidEggerandMojmirPetranmultiple-beamconfocalmicroscopeinthelate1960s
M.DavidEggerThefirstmechanicallyscannedconfocallasermicroscopeThefirstrecognizableimagesofcellsin1973.Thelate1970sandthe1980s
Growinginterestinconfocalmicroscopy.本文檔共73頁;當(dāng)前第39頁;編輯于星期五\22點4分HistoricalPerspectiveApplicationInstrumentsG.FredBrakenhoffdevelopedascanningconfocalmicroscopein1979whilealmostsimultaneously,ColinSheppardcontributedtothetechniquewithatheoryofimageformation.TonyWilson,BradAmos,andJohnWhitenurturedtheconceptandlater(duringthelate1980s)demonstratedtheutilityofconfocalimagingintheexaminationoffluorescentbiologicalspecimens.Thefirstcommercialinstrumentsappearedin1987.Duringthe1990s,thenumberofapplicationsthatcouldbetargetedwithlaserscanningconfocalmicroscopy.本文檔共73頁;當(dāng)前第40頁;編輯于星期五\22點4分Modernconfocalmicroscopes
Integratedelectronicsystemswheretheopticalmicroscopeplaysacentralroleinaconfigurationoneormoreelectronicdetectors,acomputer(forimagedisplay,processing,output,andstorage)severallasersystemscombinedwithwavelengthselectiondevicesabeamscanningassembly.本文檔共73頁;當(dāng)前第41頁;編輯于星期五\22點4分ModernconfocalmicroscopesAentireconfocalmicroscopeisoftencollectivelyreferredtoasadigitalorvideoimagingsystemcapableofpro-ducingelectronicimages.Employedforroutineinvestigationsonmolecules,cells,andlivingtissuesnow本文檔共73頁;當(dāng)前第42頁;編輯于星期五\22點4分本文檔共73頁;當(dāng)前第43頁;編輯于星期五\22點4分7.3ApplicationsinBiomedicine本文檔共73頁;當(dāng)前第44頁;編輯于星期五\22點4分熒光探針(Fluorescentprobe)
WhyneedFluorescentprobe?Stainsinfixedtissuesandlivingcells
Labelingantibodieswithfluorescentdyes-Immunofluorescence
Dyes,QuantumDots,….本文檔共73頁;當(dāng)前第45頁;編輯于星期五\22點4分FluorescenceExcitationandEmissionFundamentals
Luminescence
Photolumine-scence
FluorescencePhosphorescence
單光子激發(fā)熒光本文檔共73頁;當(dāng)前第46頁;編輯于星期五\22點4分TimescaleRangeforFluorescenceProcessesTransitionProcessRateConstantTimescale
(Seconds)S(0)=>S(1)orS(n)Absorption(Excitation)Instantaneous10-15S(n)=>S(1)InternalConversionk(ic)10-14
to10-10S(1)=>S(1)VibrationalRelaxationk(vr)10-12
to10-10S(1)=>S(0)Fluorescencek(f)orG10-9
to10-7S(1)=>T(1)IntersystemCrossingk(pT)10-10
to10-8S(1)=>S(0)Non-RadiativeRelaxation
Quenchingk(nr),k(q)10-7
to10-5T(1)=>S(0)Phosphorescencek(p)10-3
to100T(1)=>S(0)Non-RadiativeRelaxation
Quenchingk(nr),k(qT)10-3
to100本文檔共73頁;當(dāng)前第47頁;編輯于星期五\22點4分StokesShiftandMirrorImageRule本文檔共73頁;當(dāng)前第48頁;編輯于星期五\22點4分WhatisTPA?S1S0S10S1vS1S0S10S1vVirtualStateProcessofTwo-PhotonAbsorption雙光子吸收(TPA)與雙光子激發(fā)熒光本文檔共73頁;當(dāng)前第49頁;編輯于星期五\22點4分ApplicationsofTPAOpticalpowerlimitingFluorescenceImagingPhotodynamiccancertherapy
Microfabrication3Dopticaldatastorage本文檔共73頁;當(dāng)前第50頁;編輯于星期五\22點4分雙光子熒光成像(續(xù))
Hela細(xì)胞的雙光子熒光像。染料為trans-4-[p-(9-ethylcarbazde)vinyl]-N-methypyrid-iniumIodide
本文檔共73頁;當(dāng)前第51頁;編輯于星期五\22點4分量子點
又稱半導(dǎo)體納米微晶粒,直徑在1-100nm之間,能夠吸收激發(fā)光產(chǎn)生熒光的半導(dǎo)體納米顆粒
量子點熒光材料準(zhǔn)零維尺度人造原子本文檔共73頁;當(dāng)前第52頁;編輯于星期五\22點4分量子點的結(jié)構(gòu)(續(xù))
CoreShellsCoatingPlay本文檔共73頁;當(dāng)前第53頁;編輯于星期五\22點4分量子點的性質(zhì)與其它發(fā)光材料最大的區(qū)別:一種材料發(fā)多色光1)在發(fā)光范圍內(nèi)為目標(biāo)光可連續(xù)可調(diào)2)通過調(diào)節(jié)量子點大小對發(fā)光譜調(diào)制Play本文檔共73頁;當(dāng)前第54頁;編輯于星期五\22點4分我們制備的不同尺寸的CdSe量子點在同一激發(fā)波長(365nm)下發(fā)出的熒光。
實驗結(jié)果本文檔共73頁;當(dāng)前第55頁;編輯于星期五\22點4分樣品(上圖左起2、4、6)的紫外吸收光譜以及相應(yīng)的熒光發(fā)射光譜(PL)樣品2、4、6的熒光峰值和FWHM分別為:544.8nm、581.5nm、609.8nm和20.2、17.4、21.9實驗結(jié)果本文檔共73頁;當(dāng)前第56頁;編輯于星期五\22點4分ApplicationsLSCM的高靈敏度、高分辨率、高放大倍數(shù),提供了光學(xué)顯微鏡無法顯示的結(jié)構(gòu),使細(xì)胞生物學(xué)研究上了一個臺階。目前我們可以在亞細(xì)胞水平進(jìn)行動態(tài)實驗,檢測細(xì)胞生物質(zhì)和離子通道的變化,觀察細(xì)胞在生理、病理和藥理情況下對外界因素作用所產(chǎn)生的快速反應(yīng),進(jìn)行定性、定量、定時和定位的分析測量。最常用的功能是細(xì)胞三維重建,細(xì)胞熒光檢測和細(xì)胞顯微操作等
本文檔共73頁;當(dāng)前第57頁;編輯于星期五\22點4分細(xì)胞的三維重建(3-DReconstruction)LSCM能以0.1μm的步距沿軸向?qū)?xì)胞進(jìn)行分層掃描,得到一組光學(xué)切片。通過計算機(jī)進(jìn)行不同的三維重建算法,可作單色或雙色圖象處理,組合成細(xì)胞真實的三維結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)不同角度可觀察各側(cè)面的表面形態(tài),也可不同的斷面觀察細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu),測量細(xì)胞的長寬高、體積和斷層面積等形態(tài)學(xué)參數(shù)。通過角度旋轉(zhuǎn)和細(xì)胞位置變化可產(chǎn)生三維動畫效果。本文檔共73頁;當(dāng)前第58頁;編輯于星期五\22點4分本文檔共73頁;當(dāng)前第59頁;編輯于星期五\22點4分本文檔共73頁;當(dāng)前第60頁;編輯于星期五\22點4分本文檔共73頁;當(dāng)前第61頁;編輯于星期五\22點4分細(xì)胞定量熒光測定LSCM以激光為光源,對細(xì)胞分層掃描,單獨測定,經(jīng)積分后能得到細(xì)胞熒光的準(zhǔn)確定量,重復(fù)性極佳。它適于活細(xì)胞的定量分析。適用于快速高靈敏度測量,減少光粹滅的影響,在定量免疫熒光測定方面應(yīng)用廣泛,如作各種腫瘤組織切片抗原表達(dá)的定量分析,監(jiān)測腫瘤相關(guān)抗原表達(dá)的定位定量信息,監(jiān)測藥物對肌體免疫功能的作用等。細(xì)胞定量熒光測定可選用單熒光。雙熒光和三熒光方式,能自動測定細(xì)胞面積,平均熒光強(qiáng)度,積分熒光強(qiáng)度及形狀因子等多種參數(shù)。
本文檔共73頁;當(dāng)前第62頁;編輯于星期五\22點4分細(xì)胞內(nèi)鈣離子PH值和其它離子的動態(tài)分析通過Indo-1、Fluo-2、Fluo-3、Calciumgreen、SNARF等多種熒光探針,可對細(xì)胞內(nèi)鈣離子、鈉離子及PH值等作熒光標(biāo)記并對它們進(jìn)行比率值和濃度梯度變化測定。由于細(xì)胞內(nèi)鈣離子為傳遞信息的第二信使,對細(xì)胞生長分化起著重要作用,通過對細(xì)胞內(nèi)鈣離子和其它離子的熒光強(qiáng)度和分布精確測定,測定樣品達(dá)到毫秒級的快速變化。借助光學(xué)切片功能可以測量樣品深層的熒光分布以及細(xì)胞光學(xué)切片的生物化學(xué)特性的變化。本文檔共73頁;當(dāng)前第63頁;編輯于星期五\22點4分細(xì)胞胞間通訊(CellCommunication)和膜的流動性動物和植物細(xì)胞中縫隙連接介導(dǎo)的胞間通訊在細(xì)胞增殖和分化中起著重要作用。通過測量細(xì)胞縫隙連接分子的轉(zhuǎn)移,可以研究腫瘤啟動因子和生長因子對縫隙連接介導(dǎo)的胞間通訊的抑制作用及細(xì)胞內(nèi)鈣離子、pH值等對縫隙連接作用的影響,并監(jiān)測環(huán)境毒素和藥物在細(xì)胞增殖和分化中所起到的作用。細(xì)胞膜熒光探針受到極化光線激發(fā)后,發(fā)射光極性依賴于熒光分子的旋轉(zhuǎn),這種有序的運(yùn)動自由度取決于熒光分子周圍的膜流動性,所以極性測量能間接反映細(xì)胞膜的流動性。
本文檔共73頁;當(dāng)前第64頁;編輯于星期五\22點4分熒光光漂白恢復(fù)(Fluorescence
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