中国科技论文统计源期刊 实验技术与管理 Vol 23 No I (中国科技核心期刊) EXPERIMENTAL TECHNOLOGY AND MANAGEMENT 」AN.2006 激光扫瞄共聚焦显微技术实验教学的思考 刘继红',汪成楚2 (1.北京大学医药卫生分析中心,北京100083;2.北京邮电大学资产管理处,北京100876) 设激光共聚焦技术实验课,通过仪器演示和实验操作,帮助学生理解课堂的理论教学内容,了 解和掌握这门新技术,为他们在未来科研工作中利用该技术进行科学研究奠定基础 关键词:激光扫瞄;共聚焦显微技术;原理;实验教学 中图分类号:G642.423文献标识码:C文章编号:1002-4956(2006)01-0086-02 Thought of Laser Scanning Confocal Microscopy Experiment Teaching LIU Ji-hong, WANG Cheng-chu2 (1. Peking University Medical and Health Analysis Center, Beijing 100083, China; 2. Department of Property Man- agement of Beijing University of Post Technology, Beijing 100876, Chin Abstract: We open the experiment of laser scanning confocal microscopy through which students ean understand the theory and perform the technique of laser scanning confocal microscopy in order that they can applicate the teohnique Key words: laser scanning; confocal microscopy; theory; experiment teaching 激光扫描共聚焦显微镜(CLSM)是80年代 我校根据科研的实际需要,为医学部的研究生 发展起来的目前世界上先进的细胞分子生物学分析开设了激光共聚焦技术的实验课,目的在于帮助学 仪器,是以光学为基础,融机械、电子、计算机为生理解课堂的教学内容,提高激光共聚焦显微技术 一体的高精度现代化显微测试仪器,它克服了传统的应用能力,以便日后在科研中加以充分利用。 以成像的缺点,把物体分为若千光学断层,逐层扫1激光扫描共聚焦显微镜的工作原理 描成像。激光共聚焦显微技术是一种对荧光标记的 激光共聚焦显微镜是对于荧光标记的细胞和组 细胞和组织进行形态学的定位与定量分析的高精度织进行形态学定位与定量分析的一种先进的仪器。 显微成像技术。近十年来,人们已广泛应用该技术它使用激光作为光源,采用点照明和点探测技术 来观察和分析细胞内的微细结构和分子在细胞内的并用光电倍增管完成信号的转化和放大,用计算机 分布,观察细胞内离子、蛋白分子的变化,包括细软件采集和处理图象并进行数据分析。激光通过一 胞内钙、活性氧、转录因子、表面分子、细胞凋个照明针孔到达样品,样品只被一个具有精密几何 亡、细胞膜流动性、胞内分子的运动、细胞间的缝形状的光点照射焦平面上,只有被照射到的特定点 隙连接、蛋白间的相互作用等。共聚焦的分析研究所发射的荧光通过探测针孔到达检测器,该点以外 已经涉及到生物医学的几乎所有领域。由于激光共的任何发射荧光均被该针孔阻挡。照明针孔与探测 聚焦显微镜能对细胞和组织进行无损伤的连续光学针孔对被照射点或被探测点来说是共轭的,这就是 切片,并且可以对生活状态的细胞进行实时的动态激光扫描共聚焦显微镜系统中共焦的真正含义。计 观察,使它在生物医学的研究中占有独特的地位,算机以像点的方式将成像点显示在屏幕上,由光路 但目前科研人员对激光共聚集技术的运用还远远不中的扫描系统在整个样品上扫描,在显示器上产生 够,因此,在科研人员中普及激光共聚焦技术是非一幅完整图像。只要载物台沿着Z轴上下移动, 常必要的。 将样品新的一个层面移到共焦面上,样品的这个新 收稿日期:2005-07-07修改日期:20050916 层面又成像在显示器上。随着Z轴的不断移动 作者简介:刘继红(1973—),女,礦士,助理研究员 就可得到样品不同层面连续的光切图像。我们将从 万方数据
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刘继红,等:激光共聚焦显微技术实验教学的思考 共焦显微镜系统获得的连续光切图像比喻为显微图象,使学生们形象地了解并抓住共聚焦的优势所 CT,这些连续的光切图像可通过三维重组,模拟在。由于实验内容与科研课题结合紧密,还使学生 出样品真实的立体结构。另外,由于CLSM可方便了解了校内外学科研究的发展方向。 地随时跟踪样品,还可以用于活细胞的实时动态 (3)跟踪技术前沿,设计探索性实验注意 观察。 跟踪激光扫描共聚焦技术发展前沿,把最新的应 2激光共聚焦实验课设计 用技术引入到实验课中,启发学生根据自身的科 研方向,进行研究探索性实验的设计。近年来 我们根据本校研究生和科研的实际情况开设实激光扫描共聚集显微镜在观察活细胞方面的优势 验课,注重学生兴趣的培养,开设一些与传统 得以创新发展,开发出新的硬件和软件,使之能 证性实验有本质区别的综合性、设计性和研究探索适应更复杂、更精密的实验,如FRAP(荧光漂 性实验,使本实验课的学习和研究生的科研方向能白恢复)、FRET(荧光能量共振转移)、FLP 有机地结合起来,更好地发挥研究生学习的积极性(荧光漂白周围区域的荧光降低)等。FRAP和 和主动性,培养学生的实践能力和创新能力。实验FLP是研究细胞内分子的扩散和运输,核浆穿梭 课的设计包括如下部分 等的实验手段,而FRET是研究空间距离很近的 (1)仪器概述北京大学医药卫生分析中心细两种蛋白质或是一种蛋白的不同亚基之间相互作 胞实验室有两台激光扫描共聚焦显微镜, Leica用的实验手段之一。通过这些新技术的介绍和演 TCS NI和 Leica Tcs sp2。 TCS NT是滤片型Cono示,使学生们大开眼界,我们还积极鼓励学生根 al, TCS SP2是光谱型 Confocal。主要讲解激光扫据自己的科研方向来进行实验的探索和设计,培 描共聚焦显微镜的原理,演示激光扫描共聚焦的工养学生的创新能力和实践能力。学生主动学习的 作过程。我们按照4个系统:激光光源系统、荧光积极性被充分调动起来,课堂上出现了研究、讨 显微镜系统、扫描系统、电子控制和数据处理系统论问题的活跃气氛。有的同学还结合自己的科研 分别来介绍仪器,讲述每个系统的组成和它们所起课题,提出了一些具体的实验设想和问题。 的作用。 (4)学生参与实验全过程我们设计一些实 (2)结合医学科研实际,讲解共聚焦应用根验,让学生参与细胞的制备、利用激光共聚焦显微 据我校研究生基本为医学专业背景,对于课程理论镜采集图象、图象处理和数据分析等实验的全 知识和概念了解不深,比较缺乏兴趣的情况,我们过程。 采用理论联系实际的教学方法。 通过参与激光共聚焦实验的全过程,研究生们 首先,我们选择一些典型的实验作为讲解共聚真实地接触和学习了这项技术,为他们在今后的科 焦应用的实例,如PCI2细胞内钙的动态观察、心研工作中充分利用这项技术莫定了基础。 肌细胞的自发钙震荡、PCl2细胞线粒体膜电位的 激光共聚焦技术是一门新兴的实验科学,在实 测定、兔卵细胞的纺锤体形态、细胞的缝隙连接、验过程中采用启发式教学方式,将理论与实践结 细胞内活性氧的测定、巨噬细胞的NF-kB的核转合,激发了学生的兴趣,调动了学生的积极性,优 位等。通过这些生动的实际例子,激发学生的学习化了教学过程,取得了满意的教学效果,但是还需 兴趣,使他们透彻地理解课堂的理论知识,把理论要在长期的工作中进一步总结经验,积极开展教学 学习与将来的科研工作结合到一起。 研究,逐步提高教学质量,以期达到更好的教学 另外,针对激光共聚焦在无损伤的三维光切和效果。 对细胞动态观察方面的优势,我们还从每年的测试 样品中抽取几个既能体现激光共聚焦特色又能体现参考文献( References): 最新科研发展趋势的实际例子来讲解,例如:[1何其华.激光扫描共焦显微镜在检测活体组织和细胞中的应用 985项目”肾上腺素受体激动剂对小鼠心肌细胞 [J中国医学装备,2004,1(4):43-47. 功能的影响、国家自然科学基金项目“早期惊厥2凌振宝,林君,邱春玲,等智能仪器课程实验内容改革的实 对皮层神经元功能研究”、“树突细胞的生物物理 践与探索[J].实验技术与管理,2004,21(1):128-129 持性”等。我们用这些科研项目作为例子来给学1,五列杜为再时则厘里位数改研 生讲解演示,并通过图象处理的方法得到细胞三维4]张静,专业实验教学改革的探索[].实验技术与管理 重组的立体图象或者是动态细胞的变化过程的动画 2003,20(5):163-16 万方数据
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