光学显微镜中生物细胞的温度控制面临的挑战和解决方案

光学仪器体视显微镜中生态学组织的摄氏度控制面临的试炼和改善计划书

众 所 周 zhi温(wen)度(du)的(de)(de)变化对化学(xue)反应速率和生(sheng)(sheng)物机理都会产生(sheng)(sheng)影(ying)响，如何精准地控(kong)制“实(shi)验温(wen)度(du)"以及(ji)研究不同温(wen)度(du)下的(de)(de)实(shi)验样本状(zhuang)态尤为重(zhong)要。因此(ci)(ci)，我们从(cong)成像样品(pin)温(wen)度(du)控(kong)制面临(lin)的(de)(de)常见问(wen)题出发，致力于实(shi)现对显微镜(jing)视野(ye)中的(de)(de)温(wen)度(du)进行高灵敏(min)度(du)的(de)(de)热(re)控(kong)制，由(you)此(ci)(ci)获得更严(yan)谨可(ke)靠且可(ke)重(zhong)复(fu)的(de)(de)数(shu)据。

图1：VAHEAT一系(xi)列(lie)溫度(du)掌握器

一、高倍显微镜中的温度管控的问题：1.溶液备样蒸发掉 - 材质溶度发生改变，在较冷的表面沉淀；2.温湿度漂移；3.热度空间有效（非常大 45–55°C），条件把控操作系统中始终无法 建立怏速热度变动；4.在较较高温度度图一为像质量管理上升或 TIRF 度角财产损失；5.很多设为的繁多性——几个反馈建议管路，必须 不同的温进行校正；6.不相同的水温和某个视场的水温系数 - 用于水冷散热器片的泡过物镜。

图 2：a) 安(an)全使(shi)用 63x/1.4 NA 油浸(jin)物镜(jing)时(shi)(shi)的(de)水冷(leng)视(shi)觉(jue)特效定量分析。均衡至 37°C 的(de)大大环境室(shi)严重不(bu)(bu)足(zu)将(jiang)仿品(pin)恢复在 37°C。当(dang)浸(jin)泡式物镜(jing)交(jiao)往仿品(pin)时(shi)(shi)，室(shi)内(nei)(nei)环境温(wen)(wen)度(du)因(yin)(yin)素必(bi)须减(jian)低 3°C，但会(hui)不(bu)(bu)断不(bu)(bu)重回 37°C，这(zhei)是(shi)由于物镜(jing)接(jie)触(chu)到(dao)体(ti)(ti)视(shi)高(gao)倍显微(wei)镜(jing)主要体(ti)(ti)现，体(ti)(ti)视(shi)高(gao)倍显微(wei)镜(jing)主要体(ti)(ti)现在常温(wen)(wen)下处(chu)于腔户内(nei)(nei)部(bu)。VAHEAT 使(shi)用在定量分析室(shi)内(nei)(nei)环境温(wen)(wen)度(du)因(yin)(yin)素减(jian)低并补(bu)偿的(de)物镜(jing)的(de)冷(leng)凝视(shi)觉(jue)特效。重置(zhi) VAHEAT 后(hou)，热(re)沉现象仅在qian 10 秒内(nei)(nei)出現，当(dang)室(shi)内(nei)(nei)环境温(wen)(wen)度(du)因(yin)(yin)素减(jian)少为 36.2°C 时(shi)(shi)，实验室(shi)设备汇(hui)报电(dian)路开关会(hui)对其展开效准。也许，仿品(pin)不(bu)(bu)断精(jing)准度(du)地恢复在 37°C。b) 滑动圆(yuan)轮共焦安(an)全装置(zhi)光学反应显像中 Erlangen，的(de)数据数据采集模块地。

二、光学显微镜平(ping)(ping)均温度控住(zhu)的平(ping)(ping)时缓解计划

图3 传统艺术生物工程(cheng)平均温度(du)设(she)定(ding)产品

传统的温度控制解决(jue)(jue)方(fang)案没(mei)有(you)一种设(she)备可以wan 美地(di)适合每个(ge)对温度敏感的实验，往往需(xu)要(yao)根据特定的应用(yong)为一个(ge)显微镜系统购买多个(ge)设(she)备，然后有(you)益地(di)组(zu)合在一起。目前主要(yao)的解决(jue)(jue)方(fang)案有(you)：

(1) 高倍显微镜较近的新型大环境箱。问题是温预估间距样机较远，温变现也许 特别放缓。高倍显微镜还要有几个小时左右才做到热稳定均衡，缓缓的稳定均衡也寓意着与气温重要性的产品的样品漂移更可观。(2) 游戏平台网站表层孵出器/进行采暖器游戏平台网站放入物与理性进行采暖器器相组合。当选用浸油物镜时，这才是其中一种很好但非常的复杂化且珍贵的完成预案。

(3) 基(ji)于 Peltier 元(yuan)件(jian)的设(she)备，具有wu 与 伦 比的温(wen)度(du)范围，速(su)度(du)快且精确，但难(nan)以小型化，并且始终需(xu)要连接(jie)到元(yuan)件(jian)上的散热片(pian)，例如更大的金属块，这(zhei)可能是(shi)不(bu)切实际的。

(4) 对于介质流的机械。作用宽泛且行驶高速度更快。，但如果不是很本性化。(5) 另种选用是本人打造工作温度抑制器。一般适于于商业运作，因此其料工费高且不有共通性。

三、使用的 VAHEAT 精确性掌握热度“VAHEAT"高温因素管控体系去简单易行，且并非怀疑效准或变低影像品质的间题，更首要的是可小于管控视场中的具体试样高温因素，并可采用单分子式和超判断率科学研究等高精准度电子光学反应电子显微镜观察观察应用领域主设施设备。该设施由四那部分构造，区别是：(1)智慧化肌底(2)电子光学反应电子显微镜观察观察更换器(3)监测头(4)管控单位。关键安全装置是智慧化肌底，那就是一名可交流的安全装置，富含一名小于的这四点高温因素感应器和一名乳白色的薄膜和珍珠棉热处理构件（长为4如图所示）。运用 VAHEAT，高温因素能够高至每秒 100°C 的效率变化无常，比较稳定计算误差在远不低于 0.1°C 的没置值，且不可对电子光学反应电子显微镜观察观察去每合并。VAHEAT 的关键是智慧化柔性板，功能包块化电子光学反应电子显微镜观察观察破璃盖玻片，当中精准的高温因素感应器和乳白色热处理构件连接方式成一名有源跟进回路开关。Smart Substrates 每秒读和调节器试样高温因素 83 次，狠抓它在不被区域水平影响力的情況下小于地始终维持在没置值。Smart Substrates 还给予带药液试样罐体的型号。该主设施设备能够对如此于 PCR 循环体系仪的其中任何高温因素申请这类卡种曲线提额去源程序，还有与微气体兼容。或许注意采用颠倒体系配置中的高 NA 物镜，除此认知能力，VAHEAT 体系的包块化能够将其按装在绝一般数越多越光学反应电子光学反应电子显微镜观察观察上。我门确定了由硫化铟锡 (ITO) 制得的半透明透气膜部件和随便内置式在一个基带芯片中的平均温度摄像头的采暖器方式，盖玻片，原材料怎么安装在其上，见图 3，此种为 ITO 层的采暖器克服实施方案最不有助于热粗糙性。

图 4：a) VAHEAT 控件(jian)。该机器(qi)设备由智慧(hui)柔(rou)性(xing)板(ban) (1) 智慧(hui)基低 (2)电子(zi)显微(wei)镜匹(pi)配(pei)器(qi) (3) 探测系统头 (4)操作单元测试。b) 智慧(hui)柔(rou)性(xing)板(ban)是模块化盖玻片，含(han)有透明度的(de)(de)微(wei)米加(jia)(jia)熱元器(qi)件(jian)和马上在眼光中的(de)(de)温探测器(qi)。c) 当(dang) VAHEAT 布置为(wei) 60°C 时，智慧(hui)柔(rou)性(xing)板(ban)的(de)(de)热画(hua)面呈现全部范围均加(jia)(jia)熱。

图 5：智慧的基板，VAHEAT 中运行的透明体(ti)供暖组(zu)件（底材可自定义(yi)）

由于 VAHEAT 仅加(jia)热(re)少量样品，因此它可以(yi)(yi)(yi)在(zai)(zai)(zai)高(gao)温下(xia)与(yu)高(gao) NA 浸(jin)油(you)物(wu)(wu)镜(jing)(jing)一(yi)起使(shi)(shi)(shi)用。在(zai)(zai)(zai)一(yi)项(xiang)实(shi)(shi)验(yan)中(zhong)(zhong)，我(wo)们使(shi)(shi)(shi)用尼康 TIRF 100x/1.49 NA 物(wu)(wu)镜(jing)(jing)在(zai)(zai)(zai) 75.0°C 下(xia)运行 VAHEAT 六小时(shi)，物(wu)(wu)镜(jing)(jing)在(zai)(zai)(zai)前三个(ge)小时(shi)内由5°C 升温至 29°C 并达到平衡，这表(biao)明(ming) VAHEAT 可在(zai)(zai)(zai)更高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)实(shi)(shi)验(yan)温度(du)下(xia)使(shi)(shi)(shi)用。同时(shi)，VAHEAT 可以(yi)(yi)(yi)帮助所(suo)有生(sheng)命科学(xue)(xue)(xue)家进(jin)行温度(du)敏感实(shi)(shi)验(yan)，对(dui)(dui)于某些领(ling)域，例(li)如(ru)嗜热(re)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)实(shi)(shi)时(shi)成(cheng)像(xiang)(xiang)、热(re)响应(ying)聚(ju)合物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)征或 DNA 纳米(mi)技术，它是一(yi)项(xiang)突(tu)破(po)性技术，可以(yi)(yi)(yi)实(shi)(shi)现以(yi)(yi)(yi)前无法实(shi)(shi)现的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)实(shi)(shi)验(yan)。自 2020 年推出以(yi)(yi)(yi)来，已开始(shi)使(shi)(shi)(shi)用我(wo)们的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)设备的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de) 50 个(ge)实(shi)(shi)验(yan)室(shi)和公司在(zai)(zai)(zai)各(ge)个(ge)领(ling)域开展工作(zuo)，例(li)如(ru)单分(fen)子生(sheng)物(wu)(wu)物(wu)(wu)理学(xue)(xue)(xue)、胶体化学(xue)(xue)(xue)和细(xi)(xi)(xi)胞(bao)生(sheng)物(wu)(wu)学(xue)(xue)(xue)。他们使(shi)(shi)(shi)用 VAHEAT 研究(jiu)相(xiang)变(bian)、液晶、脂质(zhi)层和囊泡以(yi)(yi)(yi)及人(ren)工细(xi)(xi)(xi)胞(bao)、ji 端微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)、热(re)休克(ke)反应(ying)或溶液中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de) DNA 和蛋(dan)白(bai)质(zhi)。引(yin)用我(wo)们设备的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)第一(yi)批出版物(wu)(wu)现已发布。VAHEAT 被(bei) Guillaume Baffou 教授（菲涅尔研究(jiu)所(suo)）的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)实(shi)(shi)验(yan)室(shi)用于嗜热(re)细(xi)(xi)(xi)菌的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)活细(xi)(xi)(xi)胞(bao)成(cheng)像(xiang)(xiang)，以(yi)(yi)(yi)研究(jiu)限制对(dui)(dui)细(xi)(xi)(xi)菌生(sheng)长的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影响1。在(zai)(zai)(zai) Wolfgang Zachariae 博士（生(sheng)物(wu)(wu)化学(xue)(xue)(xue)领(ling)域的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de) MPI）的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)团队中(zhong)(zhong)，在(zai)(zai)(zai)一(yi)个(ge)关于驱动(dong)减数(shu)分(fen)裂的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)机制的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)研究(jiu)项(xiang)目中(zhong)(zhong)，VAHEAT 被(bei)用于通过共聚(ju)焦(jiao)显微(wei)镜(jing)(jing)对(dui)(dui)酵(jiao)母中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)温度(du)敏感等位基因进(jin)行热(re)休克(ke)和活细(xi)(xi)(xi)胞(bao)成(cheng)像(xiang)(xiang)2。VAHEAT 还被(bei)用于在(zai)(zai)(zai) Henrik Dietz 教授（慕(mu)尼黑工业大(da)学(xue)(xue)(xue)）的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)实(shi)(shi)验(yan)室(shi)中(zhong)(zhong)使(shi)(shi)(shi)用 DNA 折纸创建人(ren)工大(da)分(fen)子传(chuan)输的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)研究(jiu)。该研究(jiu)使(shi)(shi)(shi)用单分(fen)子 TIRF 成(cheng)像(xiang)(xiang)进(jin)行检(jian)测3。

在使用即插即用的 VAHEAT 系统，从科学试验英文所中导入到温数据也如此简单。故而，我国期望该系统仅仅能够实现目标当下科学试验英文所，还有有助调整激光散斑科学试验英文所的报表和可多次性，得以为每台人给出高灵活度显微镜观察。

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分类论文:

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