激光扫描共聚焦显微镜是采用激光作为光源，在传统光学显微镜基础上采用共轭聚焦原理和装置，并利用计算机对所观察的对象进行数字图象处理的一套观察、分析和输出系统。把光学成像的分辨率提高了30%~40%，使用紫外或可见光激发荧光探针，从而得到细胞或组织内部微细结构的荧光图像，在亚细胞水平上观察生理信号及细胞形态的变化，成为形态学，分子生物学，神经科学，药理学，遗传学等领域中新一代的研究工具。

1激光扫描共聚焦显微镜（LSCM）的原理

从基本原理上讲,共聚焦显微镜是一种现代化的光学显微镜,它对普通光镜从技术上作了以下几点改进:

1．1用激光做光源因为激光的单色性非常好,光源波束的波长相同,从根本上消除了色差。1．2采用共聚焦技术在物镜的焦平面上放置了一个当中带有小孔的挡板,将焦平面以外的杂散光挡住,消除了球差;并进一步消除了色差

1．3采用点扫描技术将样品分解成二维或三维空间上的无数点,用十分细小的激光束(点光源)逐点逐行扫描成像,再通过微机组合成一个整体平面的或立体的像。而传统的光镜是在场光源下一次成像的,标本上每一点的图像都会受到相邻点的衍射光和散射光的干扰。这两种图像的清晰度和精密度是无法相比的。

1．4用计算机采集和处理光信号,并利用光电倍增管放大信号图

在共聚焦显微镜中,计算机代替了人眼或照相机进行观察、摄像,得到的图像是数字化的,可以在电脑中进行处理,再一次提高图像的清晰度。而且利用了光电倍增管,可以将很微弱的信号放大,灵敏度大大提高。由于综合利用了以上技术。可以说ＬＳＣＭ是显微镜制作技术、光电技术、计算机技术的完美结合,是现代技术发展的必然产物。

2LSCM在生物医学研究中的应用

目前,一台配置完备的ＬＳＣＭ在功能上已经完全能够取代以往的任何一种光学显微镜,它相当于多种制作精良的常用光学显微镜的有机组合,如倒置光学显微镜、紫外线显微镜、荧光显微镜、暗视野显微镜、相差显微镜(ＰＨ)、微分干涉差显微镜(ＤＩＣ)等,因此被称为万能显微镜,通过它所得到的精细图像可使其他的显微镜图像无比逊色。

2．1观察活细胞、活组织ＬＳＣＭ在不损伤细胞的前提下,对活组织、活细胞进行观察和测量，这不仅省去了繁琐的样品前期处理过程(如脱水、脱蜡、染色等);而且观察过的样品还可以继续用于其他的研究。这种功能对于细胞培养、转基因研究尤为重要。这可以说是ＬＳＣＭ最大的优势。

2．2生化成分精确定位观察配合专用的分子探针,对于要检测的成分不仅可以定位到细胞水平,还可以定位到亚细胞水平和分子水平

2．3动态观察在同一样品平面上随时间进行连续扫描,就可分析细胞结构、内含、和标记等动力学变化。目前在这方面做得最多的是使用ＬＳＣＭ观察心肌或平滑肌细胞内游离钙、钠、钾离子浓度或ｐＨ的动态变化。

2．4数据、图像的数字化用计算机代替了普通的照相机,得到的图像是数字化的,可及时输出或长期储存,而且还可进一步加工处理。

2．5定量测量首先应用专一的荧光探针对样品进行染色,样品的荧光强度和所测成分的含量呈正比,如果其余条件固定,通过对比各组样品之间的荧光强度值,可得出特定成分的含量比。

3激光扫描共聚焦显微镜的功能

激光扫描共聚焦显微镜的功能主要分图像处理功能和细胞生物学功能两个方面

3．1图层处理功能

3．1．1组织光学切片：激光扫描共聚焦成像利用照明点与探测点共轭特性，可有效抑制同一焦点平面上非测量点的杂散荧光及来自样品中非焦平面的荧光，从而获得普通光镜无法达到的分辨率。同时具有深度识别率和纵向分辨率。它以一个微动步进马达控制载物台的升

降，可以逐层获得高反差、高分辨率、高灵敏度的二维光学横断面图像，从而对活的或固定的细胞及组织进行无损伤的系列“光学切片”(Optical sectioning)，得到各个层面的信息。这种功能也被称为“细胞CT”或“显微CT”。

3．1．2三图像重建：激光扫描共聚焦显微镜通过薄层光学切片功能，可获得真正意义上的三维数据，经过计算机图像处理及三维重建软件，沿X、Y和Z轴或其它任意角度来观察标本的外形及剖面，并得到三维的立体结构，从而能十分灵活、直观地进行形态观察，并揭示亚细胞结构的空间关系。

3．1．3细胞物理会生物化学测定：激光扫描共聚焦显微镜可进行低光探测、活细胞定量分析和重复极佳的荧光定量分析，从而能对单细胞或细胞群的溶酶体、线粒体、内质网、细胞骨架、结构性蛋白质、DNA、RNA、酶和受体分子等细胞特异结构的含量、组份及分布进行定性、定量、定时及定位测定；同时还可测定分子扩散、膜电位、氧化－还原状态和配体结合等生化反应变化程度。另外，还可以对细胞的面积、平均荧光强度、积分荧光强度、细胞周长、形状因子及细胞内颗粒数等参数进行自动测定。

3．1．4荧光的定量、定位分析：激光扫描共聚焦显微镜可对单标记或双标记细胞及组织标本的共聚焦荧光进行定量分析，并显示荧光沿Z轴的强度变化；同时还可自动将荧光图像与象差图像重叠以显示荧光在形态结构上的精确定位。还可测量标本深层的荧光分布。也适用于高灵敏度的快速荧光测定，准确地监测抗原表达、荧光原位杂交斑点及细胞结合和杀伤的形态学特性，并作定量分析

3．1．5 Ca2+、pH及其它细胞内离子的实时定量测定：利用Flu-3、Indo-1、Fura-Red等多种荧光探针，激光扫描共聚焦显微镜能完成活细胞生理信号的动态监测，可对单个细胞内各种离子(Ca2+、K+、Na+、Mg2+和pH)的比例及动态变化作毫秒级实时定量分析；可以定量探测胞质中(Ca2+对肿瘤启动因子、化学因子、生长因子及各种激素等刺激反应；使用荧光探针Flu-3和SNARF可同时测定Ca2+和pH值。

3．2细胞生物学功能

3．2．1荧光光漂泊恢复(FRAP)技术：激光扫描共聚焦显微镜能借助于高强度脉冲式激光照射细胞的某一区域，从而造成该区域荧光分子的光淬灭，其周围的非淬灭荧光分子将以一定速率向受照区域扩散，扩散速率可直接进行监测，由此揭示细胞结构和各种变化的机制，用于研究细胞骨架构成、核膜结构和大分子组装等。同样作为第二信使,环腺嚓吟单核昔酸cAMP的研究也同样为人们所关注:Nagai等利用FRET来观察cAMP诱导的磷酸化,得到了活细胞中蛋白激酶A的动态变化曲线.在Cameleons-2的改造上,Pearce等利用Cameleons标记金

属硫蛋白(MT),研究了一氧化氮刺激下MT的功能.

3．2．2胞间通讯的研究：激光扫描共聚焦显微镜通过测量细胞缝隙连接介导的分子转移，观察相邻细胞之间的胞间通讯。用于研究肿瘤启动子、生长因子以及细胞内Ca2+、pH和cAMP对缝隙连接和胞间通讯的影响。

3．2．3细胞膜流动性测定：激光扫描共聚焦显微镜可通过专用计算机软件，对细胞膜流动性进行定量和定性分析，在研究膜的磷脂酸组成分析、药物效应和作用位点、温度反应测定及物种比较等方面有重要作用。

3．2．4光活化技术：激光扫描共聚焦显微镜具有光活化测定功能，可以控制笼锁探针分解的瞬间光波长和照射时间，从而人为地控制多种生物活性产物及其它化合物发挥作用的时间和空间，以此研究可形成笼锁化合物的许多重要活性物质（如神经递质、细胞内第二信使cAMP、核苷酸、Ca2+及某些荧光素等）在细胞增殖、分化等生物代谢过程中的作用。

通过上述介绍,共聚焦显微镜强大的功能已可见一斑。与其他的生物学技术(如免疫组化技术、原位杂交技术等)相配合,它的检测范围进一步扩大。我们几乎可利用共聚焦显微镜定性、定量地检测细胞内的任何一种生化成分