荧光显微镜是一种使用荧光或磷光物质的光学显微镜，或除此之外使用反射和吸收用于研究的有机或无机物质的特性。“荧光显微镜”是指使用荧光来产生一个图像的任何显微镜，无论是更简单的设置像落射萤光显微镜，或更复杂的设计如共聚焦显微镜，其使用光学切片（英语：Opticalsectioning），以获得分辨率更高的荧光图像。

2014年10月8日，诺贝尔化学奖颁给了艾力克·贝齐格，威廉·莫尔纳尔和斯特凡·赫尔，表扬其发展超高解析度荧光显微镜（Super-ResolvedFluorescenceMicroscopy），带领光学显微镜由微米级进入纳米级尺度中。

原理

样品被照射特定波长（或波段）的光，其被荧光团（英语：Fluorophore）吸收，导致它们发出更长波长的光（例如和被吸收的光不同的颜色）。通过使用光谱发射滤片，该照明光被从弱得多的发射荧光中分离出来。

近年来在生物学研究中，萤光标签被广泛地使用来标定生物分子，使荧光显微镜变得更加重要。它以水银灯或氙气灯（英语：Xenonarclamp）为光源，搭配具激发滤片（英语：Excitationfilter），发散滤片（英语：Emitionfilter）滤片组的光学仪器。

目前被普遍使用的荧光显微镜属于落射荧光显微镜，是指激发光的来源和观察的位置（接目镜），皆位于样品的同方，通过相同的光路。这些显微镜被广泛应用于生物学，并且是更先进的显微镜设计的基础，例如共轭焦显微镜或全内反射萤光显微镜（TIRF）。

光源

萤光显微镜要求强烈的，近乎单色光的照明，这是一些普遍的光源，比如卤素灯泡不能提供的。四种主要类型的光源的使用，包括氙气灯（英语：Xenonarclamp）或带有激发滤片（ExcitationFilter）的水银灯，激光，超连续光谱光源，和高功率发光二极管。激光被最广泛地用于更复杂的萤光显微技术，像共聚焦显微镜或全内反射萤光显微镜。而氙气灯（英语：Xenonarclamp），水银灯，和发光二极管与分色激发滤片通常被用于广角落射萤光显微镜（Epi-FluorescenceMicroscopes）。


萤光显微镜图片

  • 正在分裂中的人类肿瘤细胞三个组成部分的落射萤光成像。DNA被染成蓝色，一种叫做INCENP的蛋白质是绿色的，而微管是红色的。每个萤光成像单独使用的激发光谱和发射滤光片的不同组合，图像是使用CCD数码相机按顺序拍摄的，然后叠加给出一个完整的图像。

  • 牛肺动脉内皮细胞（BPAE），使用DAPI将核染成蓝色；微管则被FITC的绿色萤光所标记；肌动蛋白丝则被TRITC标示了红色。

  • 3D双色超高分辨率显微镜，人类表皮生长因子受体2（HER2），人类表皮生长因子受体3（HER3）在乳腺癌细胞中，染料：Alexa488，Alexa568，利蒙显微镜

  • 萤光原位杂合技术（FISH），丝粒探针杂交，人类淋巴细胞核染色，萤光染料(DAPI)，13号染色体（绿色）和21号染色体（红色）

  • 利用RFP和GFP萤光标记物标示酵母细胞的膜蛋白。

  • 超高分辨率显微镜：黄色萤光蛋白(YFP)单分子在人类癌细胞的检测

  • 超高分辨率显微镜：共定位显微镜（2CLM），绿色萤光蛋白（GFP）和红色萤光蛋白（RFP）融合蛋白（骨癌细胞的细胞核）

  • 海拉细胞的高尔基体（橙色），微管（绿色）和染色体（青色）的多光子萤光图像。

  • 经过蓝色赫斯特染色的海拉细胞染色体，中间与右边的细胞正经历分裂间期，可见整个细胞核都呈蓝色。而左方的细胞正在进行有丝分裂，其细胞核正在崩解，准备接下来要进行的分裂。

  • 利用萤光显微镜观察人类野生型与P239S突变型的表现。

  • 血液细胞太阳耀斑病理，萤光显微镜图像下红色为受影响的区域

  • 过敏性紫癜的患者，用抗IgA抗体制备的皮肤，IgA的沉积在表浅小的毛细血管(黄色箭头)的血管壁上。在上面的浅绿色波浪区域是表皮(皮肤)，底部纤维区域是真皮

  • 红斑狼疮的患者，直接免疫萤光法，并示出的IgG沉积物

  • 猪皮肤下血管，萤光染色平滑肌的肌动蛋白

  • 在C2C12分化细胞中，ViewRNA检测miR-133(绿色)和肌细胞生成素mRNA(红色)

参看

  • 水银灯
  • 斯托克斯位移（Stokesshift）
  • 显微镜
  • 氙气灯（英语：Xenonarclamp）
  • 绿色荧光蛋白（GFP）

参考资料

  1. ^SpringKR,DavidsonMW.IntroductiontoFluorescenceMicroscopy.NikonMicroscopyU.[2008-09-28].（原始内容存档于2016-07-03）.
  2. ^TheFluorescenceMicroscope.Microscopes—HelpScientistsExploreHiddenWorlds.TheNobelFoundation.[2008-09-28].（原始内容存档于2010-01-09）.
  3. ^Ritter,Karl;Rising,Malin.2Americans,1GermanwinchemistryNobel.APNews.October8,2014[October8,2014].（原始内容存档于2018-10-02）.
  4. ^Chang,Kenneth.2AmericansandaGermanAreAwardedNobelPrizeinChemistry.NewYorkTimes.October8,2014[October8,2014].（原始内容存档于2014-10-09）.