Флуоресцентная микроскопия полного внутреннего отражения.(III)

Флуоресцентная гибридизация

Аппаратно-программное обеспечение в исследовательской лаборатории

Более четверти века прошло со времени выхода первых работ, посвященных гибридизации in situ, как методу обнаружения и изучения последовательностей ДНК в хромосомах и клетках. За последние 15 лет, тем не менее, благодаря развитию флуоресцентных методик в световой микроскопии произошла революция, позволившая беспрецедентно легко и точно определять местоположение, идентифицировать и считывать данные с генетической конструкции биомедицинских образцов.

Рис. 1. Многоцветная FISH

Возможности гибридизации in situ могут быть значительно повышены за счет одновременного использования нескольких флуоресцентных цветов. Многоцветная флуоресцентная гибридизация in situ (FISH) в своем простейшем варианте может быть использована для маркировки (окрашивания) многих характеристик, поскольку в гибридизации применяются различные флуорофоры. При использовании не одних цветов, а их комбинаций, с помощью микроскопов с цифровой обработкой изображений в отдельных клетках можно одновременно обнаруживать гораздо больше выделенных красителями характеристик.

На рисунке 1 представлен типичный образец многцветной флуоресцентной гибридизации — FISH. Нормальные мужские лимфоциты были гибридизированы с FITC-биотином, окрашенным Chr2l и ChrY зондами, и CY3-дигоксигенином, окрашенным Chrl3 и ChrY зондами. Вверху слева — снимок ядер ДНК, окрашенных ДАПИ, полученный с помощью ДАПИ фильтра. Вверху справа — снимок Chr2l и ChrY, окрашенных FITC, полученный с помощью FITC-фильтра. Внизу слева — снимок Chrl3 и ChrY, окрашенныхCY3, полученный с помощью CY3фильтра. Нижний правый снимок является комбинированным изображением, на котором в цвете представлены все хромосомы-мишени. Этот образец был предоставлен доктором Тимом Хоузилом, Интегрейтид генетикс, Фраминхэм, Массачусетс.

Техника многцветной FISH, объединенная с методами цифровой обработки изображений, на сегодня предлагает не имеющие себе равных возможности неизотопного обнаружения множественных последовательностей нуклеиновых кислот для анализа компонентов клеток, хромосом и генов.

Флуоресценция — явление, при котором химическое соединение возбуждается на одной длине световой волны, а излучает на другой, обычно большей — применяется во всех биологических науках для изучения разнообразных структур и внутриклеточных процессов. Технологические успехи в разработке красителей и микроскопов привели за последнее десятилетие к быстрому развитию флуоресцентных методов.

В этой обзорной статье будут изложены основы FISH-метода, ограничения, с которыми столкнулись исследователи за годы применения FISH, последние разработки аппаратного и программного обеспечения, красителей и реагентов, повлиявшие на развитие этого метода, и текущие направления в этой области. Новейшие достижения этого метода, приведшие к его применению не только в исследовательских лабораториях, но в клинической диагностике, будут также рассмотрены в этой статье.

Обзор метода FISH

Применение FISH стремительно растет в геномике, цитогенетике, пренатальных исследованиях, биологии новообразований, радиоактивном маркировании, генном картировании, амплификации генов и основных биомедицинских исследованиях. В принципе, этот метод достаточно прост.

Гибридизацией идентифицируются, или помечаются, геномные последовательности-мишени, таким образом, что можно наблюдать их местоположение и размер. Последовательности ДНК или РНК из подходящих, в зависимости от хромосомы, зондов сначала помечаются репортерными группами, которые позже идентифицируются с помощью флуоресцентной микроскопии. Помеченный ДНК или РНК зонд потом гибридизируется с метафазными хромосомами или покоящимися ядрами на предметном стекле. После промывания и усиления сигнала образец исследуется по репортерным группам с помощью флуоресцентной микроскопии.

FISH позволяет достигать очень высокого пространственного разрешения морфологических и геномных структур. Этот метод довольно быстрый, простой в осуществлении и характеризуется высокой стабильностью красителей. В зависимости от используемогзонда можно определить геном отдельной особи, целые хромосомы, участки хромосом и последовательности уникальных копий.

Прежние ограничения

До недавнего времени FISH была ограничена аппаратным и программным обеспечением, реагентами, технологией получения красителей и высокой стоимостью исполнения. Серийно выпускаемые аппаратные средства для микроскопов, оптимизированные для многоцветной FISH, были недоступны до середины 1990-х годов. До этого микроскопы приходилось специально настраивать для приложений FISH. Большинство микроскопической оптики не было предназначено для обнаружения световых сигналов низкого уровня, характерных для FISH. Поскольку при использовании этого метода существенно улучшилось разрешение геномов, возросли и требования к микроскопической оптике. Представляли проблему и хроматические аберрации на многих длинах волн. Для многоцветного анализа в особенности, все линзы, включая собирающую линзу, должны были иметь коррекцию хроматических аберраций. К тому же, очень трудно было настраивать эпифлуоресцентные источники света для получения равномерного освещения.

Анализ снимков многцветной FISH требует разделения различных сигналов либо (а) отдельными фильтр- кубами, либо (b) использованием насадки светофильтров возбуждения с широкополосными дихроичными и пороговыми фильтрами. Развитие технологии фильтров исправило некоторые прежние проблемы, вызванные оптической несоосностью и разъюстировкой, вызываемых механическим переключением между отдельными фильтр-кубами. Сменные фильтры света возбуждения, применяемые с многополосными дихроичными и пороговыми фильтрами, могут эффективно работать с тремя цветами при использовании отдельных фильтров возбуждения для каждого цвета без регистрации сдвига. Но при работе более чем с тремя цветами все же надо использовать однополосные фильтры.

Для сбора данных использовались высокочувствительная цветная пленка или ПЗС (прибор с зарядовой связью), и в обоих случаях были проблемы с точностью цветопередачи. В дополнение, были проблемы с наложением изображений разных цветов, снятых с одного образца с применением различных красителей-зондов.

Программное обеспечение для количественного анализа образцов, приготовленных с помощью флуоресцентных реагентов, также оставляло желать лучшего, поскольку существующие системы анализа изображений не были оптимизированы для работы с флуоресцентными образцами выборки. Визуальный анализ является трудоемкой и часто субъективной процедурой, поэтому без использования передовых достижений флуоресцентной визуализации анализ флуоресцентных выборок был труден и допускал двоякое толкование. Исследователям обычно приходилось иметь в штате собственных программистов для разработки собственных программ для анализа изображений.

Самих реагентов и красителей было недостаточно для всех приложений. Например, эффективность определения места гибридизации падала с уменьшением размера зонда, что накладывало серьезные ограничения на те образцы, которые, можно наблюдать флуоресцентной микроскопией. Число различных флуоресцентных красителей было ограничено; к тому же они обладали невысокой фотостабильностью. Но развитие технологии флуоресцентных красителей и сопутствующих технологий в рамках федерально финансируемого Проекта «Геном человека» сейчас приносят свои плоды. Уже существуют зонды для всех хромосом человека, а также растет число доступных зондов генов. Наборы для гибридизации in situ и флуоресцентно-отмеченные зонды сегодня серийно выпускаются несколькими компаниями.

Цена была еще одним серьезным препятствием. Поскольку на рынке не было серийно выпускаемых FISH систем, исследователям приходилось собирать системы, получаемые под заказ, включая реагенты, зонды, микроскоп, аппаратное и программное обеспечение по обработке изображений, анализу данных и разработке отчетов. Проведение многоцветной FISH с комплексным анализом изображения могло стоить исследователю более $200 000 — сумма труднодоступная для большинства клинических исследователей. В результате, многие исследователи, желающие использовать FISH в своих лабораториях, не имели такой возможности.

FISH стала широко доступной

Многие производители аппаратного и программного обеспечения разработали доступные серийно выпускаемые системы, как альтернативу системам под заказ. Атмосфера сотрудничества, возникшая среди многих фирм и лабораторий, занимающихся FISH, привела к новым прорывам в этой области. И свои достижения авторы публикуемых работ рассматривают именно в рамках такого сотрудничества.

Рис. 2. Рабочий экран программы MultiFluor

Система, работающая в Соединенных Штатах и обеспечивающая средние цены для серийно выпускаемых для исследований FISH систем, объединяет компоненты многих производителей и полагается на последние достижения в программной обработке изображений, аппаратном обеспечении микроскопов и других аксессуаров. Для клинических исследовательских лабораторий эта система оказывается полезной во многих приложениях. Будучи интегрированной и автоматизированной, она позволяет проводить клинические испытания в полном объеме.

Система программного обеспечения, представленная здесь — MultiFluor ™ -многопараметрическая система визуализации (Системы исследования биологических структур), разработанная на базе Microsoft^® Windows (корпорация Майкрософт, Беллевуе, Вашингтон) и предназначенная для обнаружения, анализа и представления структурных и молекулярных характеристик, полученных по выборкам многоцветной FISH. Время анализа и точность результатов улучшены благодаря соотнесению многих характеристик на различных длинах волн в каждой выборке. Эта система облегчает получение изображения, его хранение, управление базой данных, автоматическое управление микроскопом и полнофункциональный графический анализ данных.

На рисунке 2 изображен экран с обзорным представлением данных программы MultiFluor. Пользователи могут просмотреть снимки и соответствующие им данные, сопоставить многопараметрические данные, полученные в разных цветах (на разных длинах волн) с помощью различных инструментов графического построения, включая гистограммы, диаграммы рассеяния и т. д. Здесь различные графики показаны вместе с набором многоцветных снимков клетки (изображающих ДАПИ-ядра, FITC-ChrX, CY3-ChrY и CY5-Chr2l), наряду с исходными данными, представленными в таблице.

Исследователи FISH имеют возможность автоматически получать снимки на разных длинах волн в разных фокальных плоскостях, визуализировать зонды многоцветной FISH, снабжать снимки примечаниями и распечатывать их, хранить и извлекать большие объемы данных наборов многоцветных изображений. Метафазные хромосомы многоцветной FISH могут быть проанализированы генным картированием, с помощью сравнительной геномной гибридизации (СГГ), а также генерацией кариотипов. Выбранные пользователем области образца могут быть просканированы и проанализированы. Программа автоматически фокусирует систему, получает снимки на многих длинах волн, запоминает положение клеток на предметном стекле, измеряет различные характеристики, включая подсчет зонда, интенсивность флуоресценции и морфометрию клетки. Различные характеристики на различных длинах волн могут быть соотнесены друг с другом.

Дополнительной характеристикой системы является возможность ее работы с персональными компьютерами (ПК), объединенными в сеть. В типичной конфигурации один компьютер является онлайновой станцией, соединенной с аппаратным обеспечением камеры и микроскопа. Этот компьютер управляет получением снимков и производит мгновенный анализ. Другие ПК являются вторичными станциями анализа информации, где обрабатываются данные, поступившие с первого ПК, или где автономно выполняется какой-либо специальный анализ.

Программа позволяет представить все компоненты в ярких псевдоцветах для одновременной многоцветной визуализации. Например, одновременные снимки четырехцветного эксперимента (с использованием ДАПИ (синий), FITC (зеленый), CY3 (красный), и комбинации FITC- CY3 (желтый)) могут быть представлены отдельно или быть объединены в одно изображение (как показано на рисунке 1). Каждый снимок может быть интерактивно усилен для выделения интересующих характеристик. С помощью программы легко создавать гистограммы, диаграммы рассеяния, таблицы, линейные графики и другие формы представления и оценки данных (рисунок 2). К тому же данные хранятся в легко доступных и популярных форматах, таких как TIFF, JPEG, GIF и других.

Эпи-освещение

Аппаратные средства микроскопа также являются частью системы. Микроскопы Optiphot и более поздние модели систем (Nikon Instruments, Inc., Мелвилл, Нью-Йорк) имеют автоматические, программно уаправляемые системы перемещения трехкоординатного предметного столика и фокусировки, с возможностью сохранения координат каждого объекта. Так, положение важных участков клетки и хромосомы может быть мгновенно восстановлено на предметном стекле простым щелчком мышки по кнопке перемещения клетки, что обеспечивает более интенсивное визуальное изучение с помощью микроскопа.

Одним из наиболее важных достижений данных микроскопов является развитие осветительных систем, созданных специально для FISH приложений. Quadfluor ™ и более поздние модели эпифлуоресцентных осветителей (Nikon Instruments, Inc.) могут оснащаться четырьмя флуоресцентными фильтр-кубами, что существенно повышает яркость и контрастность, необходимые для работы с многими флуорохромами.

С таким осветителем, исследователи, выполняющие исследования по методу FISH или другие современные исследования в свете флуоресценции, могут свободно работать с четырьмя или более различными зондами без остановки для смены светофильтров. Получение исключительного по качеству снимка обеспечивается плавным передвижением линейной направляющей, которая используется для переключения и выбора одного из четырех фильтров.

Фильтр-кубы обеспечивают лучшую яркость и очень высокую контрастность благодаря использованию фильтров возбуждения, дихроичных и дефлекторных (заграждающих) фильтров, встроенному экранированию засветок, высокой точности задания угла наклона отражателей и патентованным просветляющимпокрытиям. К тому же, эпифлуоресцентный осветитель может работать с четырьмя кубами одновременно, разделяя различные флуоресцентные сигналы, или может использоваться с многополосным фильтр-кубом для одновременного наблюдения нескольких флуорохромов.

Использование объективов с высоким коэффициентом светопропускания является очень важным для визуализации небольших участков хромосом. При изготовлении объективов CFI-60 Plan Fluor (Nikon Instruments, Inc.) используются прозрачные клеи и покрытия с высоким коэффициентом пропускания для работы в более широком волновом диапазоне и получения более ярких снимков. В этих объективах отсутствуют цветовые и сферические аберрации. Они обеспечивают чрезвычайно высокую контрастность и низкую фоновую автофлуоресценцию.

Для создания модульных автоматизированных систем, которые станут еще доступнее для исследований и клинических приложений, несколькими производителями сейчас разрабатываются дополнительные программно управляемые принадлежности для микроскопов. Камеры являются еще одним важным элементом таких систем. Снимки могут быть получены с помощью цифровых камер на ПЗС или видеокамер с усилением сигнала. Ключевым свойством таких систем является их способность регистрировать изображения в условиях низкой освещенности без искажений изображения. С помощью соответствующего программного обеспечения настройки камеры могут быть автоматически выставлены системой, за счет чего достигается точность и легкость использования.

Онкологические, пренатальные и биологические исследования

Описываемые FISH системы разработаны для обеспечения большей доступности исследователям, чем прежние, изготавливаемые под заказ. Они все больше применяются в онкологии, изучении патологий, цитогенетике и биологии развития. Среди их приложений такие, как анализ интерфазных клеток по количеству пятен при наблюдении с многоцветными красителями, иммунофенотипирование, морфометрия клетки и состав ДНК.

С помощью этих систем проводится анализ отклонений в числе копий хромосом, соотнесенных с общим составом ДНК, которые связаны с образованием опухолей мочевого пузыря. В пренатальных исследованиях эти системы могут использоваться для обнаружения анеуплоидий в покоящихся ядрах, связанных с пренатальными дефектами, включая синдром Дауна, синдром Тернера, синдром Клайнфельтера и другими. В клеточной биологии и биологии развития эта система может использоваться для картирования маркеров поверхности клетки и их относительного распределения, таких как рецепторы, маркеров цитоплазмы, включая белки цитоскелета, информационные РНК и специфические гены.

Диагностический потенциал

За последние полтора десятилетия стало понятно, что FISH метод имеет чрезвычайно большой потенциал не только как инструмент в исследовательской работе, но и в клинической диагностике в таких областях, как пренатальная диагностика, цитогенетика и развитие опухолей. Отсутствие высококачественных, доступных по цене систем, не только тормозило распространение FISH среди исследователей, но делало этот метод недостижимым для диагностических центров многих медицинских учреждений

Результаты, которые раньше могли быть получены лишь с помощью дорогостоящего, изготовленного под заказ оборудования, сейчас могут быть получены с помощью этой системы — и это является одним из наиболее важных ее достоинств. Мечта применить FISH не только для более широкого круга биомедицинских исследований, но и прямо поставить ее на службу пациентам, возможно, станет реальностью в не столь отдаленном будущем.

Флуоресцентная стереомикроскопия

Эпи-флуоресцентное освещение

До недавнего времени, флуоресцентное освещение было доступно лишь на исследовательских микроскопах, оборудованных специальными светосильными объективами. Необходимость стереомикроскопии в этой методике усилилась с появлением генетически кодированных и биологически специфичных флуоресцентных белков, таких как GFP (зеленый флуоресцентный белок).

Рис. 1. Стереомикроскоп с эпи-флуоресцентным осветителем

Применение стереомикроскопов для наблюдения GFP настолько распространено, что стерео флуоресцентные осветители чаще называются GFP-осветителями, несмотря на то, что они могут использоваться во многих других приложениях, как в биологических науках, так и в электронной промышленности. Большие образцы, такие как личинки, нематоды, полосатый данио, ооциты и зрелые насекомые легко наблюдать (и ими легко манипулировать), если они окрашены GFP и освещаются светом флуоресценции. Флуоресцентное освещение выявляет, какие организмы производят флуоресцентный белок, а стереоскопический способ наблюдения, в сочетании с большим полем зрения и большим рабочим расстоянием, позволяет наблюдателю пользоваться во время эксперимента пинцетом, пипетками или микроманипуляторами. Другие, более типичные образцы, также легко исследовать с помощью стереомикроскопов с флуоресцентным освещением.

Осветитель для эпифлуоресценции на стереомикроскопе функционирует подобно тем, которые установлены на более сложных микроскопах. Обычно, флуоресцентный осветитель представляет собой ксеноновую или ртутную дуговую лампу, помещенную во внешний блок осветителя, который соединяется микроскопом через промежуточный тубус (или вертикальный осветитель, см. рисунок 1 и 2), расположенный между трансфокатором микроскопа и окулярными тубусами. На сегодняшний день этот тип освещения ограничен приложениями, в которых применяются стереомикроскопы с общим главным объективом (CMO), поскольку для настройки стереомикроскопа Грену или другого стереомикроскопа, основанного на схеме сведения лучей, под свет флуоресценции невозможно использование серийно выпускаемых деталей.

Свет, излучаемый дуговой лампой, направляется через настраиваемую собирающую линзу-коллектор на возбуждающий фильтр, находящийся в комбинированном блоке светофильтров (как показано на рисунках 2 и 3). Этот фильтр пропускает свет лишь в определенном волновом диапазоне (полосе пропускания). Свет, прошедший через фильтр, отклоняется затем по оптическому пути микроскопа в его нижнюю часть (модуль трансфокатора и объектив в стереомикроскопе) и направляется на образец дихроичным зеркалом, которое, в зависимости от настройки, отражает, селективно-фильтрует и/или пропускает свет определенных длин волн/областей спектра. Термин дихроичное (или дихроматическое) отображает свойство фильтра или зеркала «различать» цвета падающего света, отражая свет того цвета, который оказывается ниже заданного предела длин волн, и, пропуская цвета выше этого предела.

Рис. 2. Ход лучей во флуоресцентном стереомикроскопе

Сфокусированный пучок света возбуждения проходит через трансфокатор и объектив, где образует перевернутый световой конус, облучающий образец, вызывающий возбуждение всех флуорофоров в образце, полоса поглощения которых соответствует полосе пропускания облучающего света. Вторичное флуоресцентное свечение (с длиной волны обычно большей возбуждающего света), испускаемое из образца, захватывается общим главным объективом стереомикроскопа и направляется обратно через трансфокатор к пороговому фильтру, который блокирует свет на длине волны возбуждения и пропускает лишь свет с длиной волны испускания. Тубус микроскопа на рисунках 1 и 2 сконструирован таким образом, что более длинные волны флуоресцентного испускания, проходя обратно, через левый и правый оптические каналы трансфокатора, фокусируются независимо перед тем, как они достигнут эпифлуоресцентного осветителя. Свет из левого канала проходит прямо к пороговому фильтру, после которого направляется в окулярные тубусы или в фотопорт. Напротив, свет в правом канале сначала направляется обратно через дихроичное зеркало, а потом к пороговому фильтру и окулярам. Этот свет не имеет выхода в порт камеры и может быть использован только для наблюдения образца.

Детали конструкции флуоресцентного комбинированного блока фильтров представлены на рисунках 2 и 3. Каждый блок содержит однополосный фильтр света возбуждения, два пороговых фильтра и дихроичное зеркало. Свет ртутной дуговой лампы попадает в блок светофильтров через возбуждающий фильтр, и отражается от поверхности дихроичного зеркала, как говорилось выше, и как показано на рисунке 3. Вторичное флуоресцентное излучение проходит через пороговые фильтры. Возбуждающий фильтр, дихроичное зеркало и пороговый фильтр левого канала вклеены в систему, а пороговый фильтр правого канала закреплен в небольшой рамке, которая может быть удалена из блока, если ослабить ее крепежные винты. Сняв пороговый фильтр, можно получить доступ к дихроичному зеркалу, расположенному внутри блока фильтров. При установке сменных фильтров, следите за тем, чтобы клей не попал на поверхность фильтров, и перед тем, как брать фильтры и дихроичное зеркало, обязательно надевайте перчатки, чтобы не испачкать поверхность отпечатками пальцев.

Флуоресцентный вертикальный осветитель может вместить три блока светофильтров и пустой блок диа-фильтров (без фильтров) для обычного наблюдения по методу светлого поля. Блоки фильтров крепятся на направляющих и устанавливаются в оптический путь с помощью рукоятки, используемой для контроля положения направляющих. К каждому блоку прилагается соответствующая идентификационная табличка-пластина. Таблички вставляются в щелевое отверстие в корпусе осветителя в последовательном порядке, чтобы оператор мог легко выбрать нужный блок фильтров для флуоресцентного наблюдения.

Рис. 3. Комбинации фильтров флуоресценции в стереомикроскопе Nikon SMZ 1500

На сегодня Nikon предлагает средний набор комбинаций фильтров, представленный в таблице 1. Эти фильтры охватывают широкий диапазон флуоресцентного возбуждения и испускания и должны быть полезны во многих биологических исследованиях, где применяются обычные флуоресцентные красители. Эти комбинации фильтров также подходят для промышленного использования, как например, для анализа полупроводниковых пластин с ИС на загрязнение флуоресцентными полимерами фоторезистов. С помощью подбора соответствующей комбинации фильтров возбуждения/испускания, могут использоваться флуоресцентные зонды с длинами волн возбуждения в диапазоне от 380 до 510 нанометров (см. таблицу 1). Эти комбинации фильтров также весьма полезны в исследованиях с различными мутантами зеленых флуоресцентных белков, включая их голубую и синюю разновидность.

В культурах живых клеток с флуоресцентными метками белков, интенсивность сигнала может быть значительно повышена, если комбинации фильтров точно соответствуют профилю возбуждения и испускания флуорофоров. Например, в случае DS-красных сигналов, визуальное наблюдение и регистрация изображения красной флуоресценции фотоприемниками могут быть значительно улучшены за счет смещения красного сигнала в сторону эмиссии более оранжевого света. В дополнение, комбинации фильтров, подобранные для исследований образцов растений, с интенсивной фоновой автофлуоресценцией хлорофилла, часто бывают более эффективны при точном подборе соответствующих спецификаций фильтра и эмиссионного сигнала. Многие из этих критериев учитываются инженерами-разработчиками микроскопов для оптимизации полосы пропускания различных комбинаций фильтров стереомикроскопов.

Табл. 1. Комбинации флуоресцентных фильтров стереомикроскопов

Как и все чувствительные интерференционные фильтры, фильтры комбинированного блока со временем выходят из строя из-за интенсивного светового и ультрафиолетового облучения. Такие характеристики, как полоса пропускания и коэффициент пропускания, также меняются при использовании и хранении фильтров в среде с повышенной влажностью. Для увеличения срока службы такие фильтры следует хранить в сушильном шкафу или герметично закрытом контейнере с влагопоглотителем. Если наблюдения не проводятся, затвор осветителя следует держать закрытым, чтобы уменьшить количество света, проходящее через фильтры. Чистку фильтра можно производить только сухим воздухом из баллончика, мягкой щеткой из верблюжьей шерсти или безмасляным газом из газового баллона. Во избежание царапин и потертостей, никогда не протирайте фильтры с мягким интерференционным покрытием фильтров, тканью для протирки линз.

Фокусировка и юстировка дуговых ламп

Приобретите практический опыт юстировки и фокусировки дуговых ламп с помощью данного обучающего интерактивного приложения Mercury or Xenon Burner, в котором смоделированы все процессы юстировки лампы во флуоресцентном микроскопе.

С помощью таких стереомикроскопов, как Nikon SMZ1500 можно наблюдать различные образцы в свете фруоресценции. Благодаря увеличению объектива от 0,5х до 1,6х и диапазону трансфокации до 15х, эти стереомикроскопы могут обеспечить общее увеличение системы от 4х до 540х, что сравнимо с диапазоном наблюдения классических сложных микроскопов. Широкий диапазон увеличения позволяет микроскопистам наблюдать как большие живые образцы, так и мелкие детали в тонких срезах, окрашенных флуорохромами, помещенных на предметном стекле. Пример наблюдения в свете флуоресценции с высоким коэффициентом увеличения приведен на рисунке 4. На нем представлен окрашенный тремя метками толстый образец почки мыши. Образец был окрашен ДАПИ, Alexa Fluor 488 WGA и Alexa Fluor 568 (использовались зонды Alexa Fluor и образец компании Molecular Probes и наблюдался с использованием трех комбинаций фильтров из таблицы 1: Blue GFP/DAPI, Endow GFP Bandpass, TRITC DsRed. Это изображение отчетливо демонстрирует возможности флуоресцентной стереомикроскопии на больших увеличениях при наблюдении образцов, приготовленных для сложных микроскопов.

Рис. 4. Срез почки мыши в свете флуоресценции

Другие производители стереомикроскопов предлагают альтернативные способы освещения для флуоресцентного возбуждения и наблюдения. В наиболее популярной конфигурации, представленной на рисунке 5, для флуоресцентного возбуждения используется внешняя схема, не использующая оптическую систему микроскопа для визуализации изображений. Свет из блока осветителя, сначала проходит через возбуждающий фильтр, и затем направля через тубус, расположенный сзади корпуса микроскопа. В нижней части тубуса расположена система линз, направляющих свет возбуждения на образец. В такой конфигурации свет направляется прямо на образец при любом увеличении трансфокатора, обеспечивая тем самым одинаковую интенсивность флуоресцентного освещения и равномерный темный фон при любом значении увеличения.

Вторичное флуоресцентное излучение, испускаемое окрашенным образцом, захватывается общим главным объективом (рисунок 5) и проходит по каналам блока трансфокатора к пороговым фильтрам в верхней части микроскопа. После этого свет направляется либо к окулярам для прямого наблюдения, либо в тубус камеры для получения цифрового изображения или микрофотографирования. В этой конфигурации не нужны дихроичные зеркала, и это ее главное преимущество, другое преимущество — независимость от предварительно собранных блоков фильтров, что дает исследователю большую свободу выбора фильтров. Тем не менее, эта конфигурация может привести к ошибкам в работе неопытных операторов, вызванным неверным подбором комбинации фильтров.

Рис. 5. Микроскоп с отдельным ходом лучей света возбуждения

Интенсивное ультрафиолетовое излучение ртутной дуговой лампы, используемой в качестве источника света возбуждения во флуоресцентной микроскопии, может нанести серьезные повреждения сетчатки глаза. Во избежание этого, на корпусе микроскопов многих производителей есть защитные устройства, которые отфильтровывают ультрафиолетовый свет, облучающий образец на предметном столике. Другие меры предосторожности включают ультрафиолетовые пороговые фильтры на пути наблюдения и защиту от рассеянного света вокруг блока осветителя. В направляющие и поворотные рамки флуоресцентных интерференционных фильтров, если они не используются, часто вставляются специальные заглушки в форме фильтров.

Флуоресцентные стереомикроскопы часто оборудованы специальной диафрагмой, расположенной где-нибудь между блоком ртутного осветителя и вертикальным осветителем, для блокировки опасного ультрафиолетового излучения, исходящего от лампы, в то время, когда образец не наблюдается. Когда наблюдения не проводятся, эту диафрагму необходимо устанавливать на пути прохождения света.

При наблюдении образцов светосильными апохроматическими объективами (от 1.6x до 2.0x) во флуоресцентной стереомикроскопии, в нижних участках поля зрения могут возникать отблески, или горячие пятна. Этот артефакт обычно проявляется только при низких коэффициентах трансфокации, и исчезает с на больших увеличениях. В большинстве случаев отражения не возникают, если увеличение объектива мало (от 0,5х до 1,0х), независимо от оптической коррекции, и этот эффект обычно отсутствует у объективов с высокой числовой апертурой и низкой коррекцией (ахроматы или планахроматы).

Как показано в таблице 2, во флуоресцентной микроскопии существует много приложений, где применяются стереомикроскопы. Количество образцов, которые удобно наблюдать именно в этом режиме, весьма велико, и относятся они к широкому кругу дисциплин от биологии до промышленных производств.

Табл. 2. Приложения флуоресцентной стереомикроскопии

Флуоресцентная стереомикроскопия обладает уникальным, в сравнении с классическим сложным микроскопом, свойством трехмерного наблюдения. В дополнение к этому, стереомикроскопы обладают большими рабочими расстояниеми и глубиной поля, что обеспечивает более широкое панорамное поле зрения и более интенсивную флуоресценцию. Эти характеристики имеют огромное значение для исследователей, которым приходится работать с большими биологическими образцами и материалами, и для специалистов, ведущих подготовительную работу, как например, монтаж компонентов, производственный контроль электроники или резка. Поскольку для специальных приложений становятся доступными все более точные комбинации фильтров, применение флуоресценции в стереомикроскопии продолжает расти.