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字词 细胞激光显微镜
类别 中英文字词句释义及详细解析
释义
细胞激光显微镜

细胞激光显微镜

细胞激光显微镜是一种激光—显微镜系统,也可称为细胞激光显微仪。它通过显微镜光学系统把激光束聚焦成能量密度相当高、聚焦光斑直径达微米数量级的微光束。这种微光束是生物学和医学在细胞水平上进行研究的有用工具。
1912年Tchakhotine第一次利用显微镜系统聚焦紫外线,获得了直径为100μm的紫外微光束。1960年第一台红宝石激光器诞生后,1962年法国国立血液研究所的Bessis等把红宝石激光器和显微镜组合起来,配备放映装置,获得了聚焦光斑直径为1.5~2.5μm的红宝石激光微光束。此后,随着激光器种类的不断增加,细胞激光显微镜的种类也随之增加。
细胞激光显微镜由激光器、聚焦系统、显示系统以及机械调节四个部分组成。其基本结构和光路如图所示。由激光器发射激光,经45°倾斜的干涉滤光片成直角向下反射,进入显微镜系统,激光通过显微镜光轴达到物镜。光路图中的透镜L及限制光阑的作用是改善发散角和保证显微镜的分辨力。研究中所需照射的样品放在显微镜载物台上,对欲照射的部位,可用氦—氖激光器进行同光路定位显示,或直接由侧筒目镜观察对准。实验过程中,样品的动态变化,特别是照射部位的动态变化可由侧筒目镜或电视荧光屏连续观察,也可用摄象机进行显微照相记录。细胞激光显微镜中常用的激光器有红宝石、氩离子、氪离子、氮分子和染料激光器。目前染料激光器已能获得全部可见光谱区的激光,通过倍频技术已能获得紫外激光,这样就扩大了细胞激光显微镜的应用范围。现在世界上最小的聚焦光斑已达0.3μm。
细胞激光显微镜的工作原理如下:当激光通过透镜聚焦后,在焦点处的光斑直径d与透镜焦距F的关系由下式决定:d=F·θ其中θ为激光束的发散角。由上式可知,如果要光斑直径小,必须F·θ小,也就是焦距F要短,发射角θ要小。当激光器发射角θ选定后,如果只用一个单透镜进行聚焦,d仍较大。采用显微镜系统聚焦,根据显微镜光学理论可知:

图 细胞激光显微镜

式中△为光学筒长(约170mm),f1为物镜焦距,f2为目镜焦距。这样得到的F就比单透镜的焦距短,聚焦光斑直径d就可达几个微米的数量级。
细胞激光显微镜在细胞显微外科、细胞遗传学、肿瘤细胞学、实验胚胎学中都有广泛的应用。它使激光的应用进入到细胞水平。一般细胞的直径在30μm左右,利用直径几个微米的激光微光束,可对单个细胞的局部进行定位照射而又不损伤其他部分。通过选择性的照射可以破坏或损伤细胞膜的一个部分、细胞中的线粒体、中心粒、核仁、或是单个细胞中某一染色体的局部。应用这种研究方法可探讨各种激光对细胞、细胞器的作用,也可以探讨细胞内各种结构和功能的关系,以及细胞的合成、分裂、遗传等生命活动。对于细胞遗传特性的研究,还可进一步为定向育种提供方便,对于探索肿瘤细胞恶性分裂的原因也具有实际意义。在实际应用中,由于各种照射部位对各种波长的激光的吸收特性不同,往往在照射前需用光敏染料给细胞染色,常用染料有二十多种,如:烟鲁绿B、吖啶橙、亚甲基蓝等。有人就用烟鲁绿B给细胞的线粒体染色,然后用聚焦光斑为6μm的红宝石激光束对线粒体进行照射,探讨了线粒体在细胞生命活动中所起的作用。另外还有人用吖啶橙对蝾螈肺组织培养细胞染色,再用氩离子激光微光束照射,在染色体上产生了0.6~0.8μm的损伤,观察这种损伤如何达到子代细胞,即可了解损伤的这段染色体的遗传上的作用,同时也可探讨染色体的损伤和修复过程。总之用激光微光束解剖细胞要比以往使用的玻璃显微刀和热针优越得多。在实验胚胎学中,可用激光微光束来破坏一个正在分裂的卵裂球中的一个细胞,然后观察细胞随后发育的情况,通过这种研究可为胚胎发育的畸形机理提供某些依据。用激光微光束可迅速地给一个细胞“去核”,这为遗传工程的研究提供了方便。
现在已用细胞激光显微镜产生的微光束来制作生物学研究用的组织标本,标本最小面积达12μm。
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