倒置生物顯微鏡的結(jié)構(gòu)特點及工作原理

　　倒置生物顯微鏡是一種專為觀察培養(yǎng)皿、培養(yǎng)瓶等容器內(nèi)活體細(xì)胞或組織設(shè)計的顯微鏡，其核心結(jié)構(gòu)特點如下：
 

　　1. ??物鏡與照明系統(tǒng)的倒置布局??
 

　　??物鏡位于載物臺下方??：與常規(guī)正置顯微鏡(物鏡在載物臺上方)不同，倒置顯微鏡的物鏡安裝在載物臺下方，直接對準(zhǔn)培養(yǎng)容器底部(如培養(yǎng)皿、培養(yǎng)瓶的底面)。這種設(shè)計避免了傳統(tǒng)正置顯微鏡因物鏡與樣品距離近而難以觀察較厚容器(如培養(yǎng)皿)的問題，尤其適合觀察高培養(yǎng)皿中的細(xì)胞。
 

　　??聚光鏡位于載物臺上方??：照明光路與成像光路方向相反——光源發(fā)出的光線先通過聚光鏡聚焦到樣品(培養(yǎng)容器底部)，再經(jīng)物鏡收集并成像。這種“自上而下”的照明方式更適合觀察培養(yǎng)容器內(nèi)的樣品。
 

　　2. ??長工作距離物鏡??
 

　　物鏡的工作距離(物鏡前端到樣品表面的距離)顯著長于正置顯微鏡(通常為2-4mm，甚至可達(dá)10mm以上)。這一設(shè)計避免了物鏡與培養(yǎng)容器(如厚壁培養(yǎng)皿)的物理接觸，防止壓碎樣品或污染鏡頭，同時允許在物鏡與樣品之間放置輔助設(shè)備(如溫控載物臺、CO?培養(yǎng)箱模塊等)。
 

　　3. ??適配培養(yǎng)容器的載物臺??
 

　　載物臺通常為開放式設(shè)計，可容納不同規(guī)格的培養(yǎng)皿(如35mm、60mm、100mm)、培養(yǎng)瓶或多孔板(如96孔板)。部分型號配備機(jī)械載物臺，支持X/Y軸精確移動，便于觀察不同區(qū)域的細(xì)胞。
 

　　載物臺可能集成溫控、CO?/O?氣體控制模塊(與外部培養(yǎng)箱聯(lián)動)，以維持細(xì)胞培養(yǎng)的生理環(huán)境(如37℃、5% CO?)。
 

　　4. ??專用聚光鏡系統(tǒng)??
 

　　聚光鏡位于載物臺上方，通常具備高數(shù)值孔徑(NA)和長工作距離，確保光線能均勻覆蓋培養(yǎng)容器底部(尤其是大直徑培養(yǎng)皿)。部分型號支持相差、暗場等特殊照明方式，增強(qiáng)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的對比度。
 

　　5. ??成像與觀察系統(tǒng)??
 

　　目鏡與物鏡組合實現(xiàn)放大成像，部分型號配備攝像頭接口，可將圖像傳輸至顯示器或計算機(jī)，支持?jǐn)?shù)字記錄和分析(如細(xì)胞計數(shù)、形態(tài)分析)。
 

　　可選配熒光附件(激發(fā)濾光片、發(fā)射濾光片、分色鏡)，用于觀察熒光標(biāo)記的細(xì)胞(如GFP、RFP標(biāo)記的轉(zhuǎn)基因細(xì)胞)。

 

　　倒置生物顯微鏡的工作原理
 

　　倒置顯微鏡的光學(xué)原理與正置顯微鏡類似，均基于物鏡和目鏡的組合放大，但其光路方向和照明方式因倒置布局而有所調(diào)整，核心流程如下：
 

　　1. ??照明光路（自上而下）??
 

　　光源(如鹵素?zé)簟ED)發(fā)出的光線經(jīng)聚光鏡聚焦，形成高強(qiáng)度的平行或錐形光束，垂直照射到培養(yǎng)容器底部的樣品(如細(xì)胞層)。
 

　　若使用相差或熒光觀察，聚光鏡會配合相應(yīng)的濾光片組(如相位板、激發(fā)濾光片)對光線進(jìn)行調(diào)制，增強(qiáng)特定結(jié)構(gòu)的對比度。
 

　　2. ??成像光路（自下而上）??
 

　　樣品(細(xì)胞)反射或透射的光線進(jìn)入位于載物臺下方的物鏡，物鏡將其放大并形成初級實像(中間像)。
 

　　初級實像再經(jīng)目鏡(或攝像頭)二次放大，最終被人眼或傳感器接收，形成放大的虛像或數(shù)字圖像。
 

　　3. ??關(guān)鍵光學(xué)特性??
 

　　??分辨率??：由物鏡的數(shù)值孔徑(NA)和照明波長決定，倒置顯微鏡的長工作距離物鏡通常NA較低(如0.3-0.7)，因此分辨率略低于正置顯微鏡，但足以滿足細(xì)胞級觀察需求。
 

　　??對比度??：通過相差、暗場或熒光技術(shù)提升。例如，相差顯微鏡利用細(xì)胞內(nèi)部折射率差異，將不可見的相位差轉(zhuǎn)換為可見的亮度差，無需染色即可觀察活細(xì)胞形態(tài)。
 

　　4. ??特殊功能擴(kuò)展??
 

　　??相差成像??：聚光鏡和物鏡內(nèi)置相位板，通過調(diào)制光線相位增強(qiáng)細(xì)胞輪廓和內(nèi)部結(jié)構(gòu)(如細(xì)胞核、線粒體)的對比度。
 

　　??熒光成像??：激發(fā)濾光片選擇特定波長的光激發(fā)熒光標(biāo)記物，發(fā)射濾光片阻擋激發(fā)光并僅允許熒光信號通過，分色鏡反射激發(fā)光、透射熒光，實現(xiàn)特異性標(biāo)記觀察。
 

　　??溫控與氣體控制??：載物臺集成傳感器和反饋系統(tǒng)，與外部培養(yǎng)箱聯(lián)動，實時調(diào)節(jié)溫度、濕度、CO?濃度，確保細(xì)胞在接近生理條件下被觀察。
 

　　總結(jié)
 

　　倒置生物顯微鏡通過倒置布局(物鏡在下、聚光鏡在上)、長工作距離物鏡和適配培養(yǎng)容器的載物臺，解決了傳統(tǒng)正置顯微鏡難以觀察培養(yǎng)皿內(nèi)活細(xì)胞的痛點。其工作原理結(jié)合了光學(xué)放大與特殊照明技術(shù)(如相差、熒光)，成為細(xì)胞生物學(xué)、藥物研發(fā)、組織工程等領(lǐng)域研究活細(xì)胞動態(tài)行為的核心工具。