徠卡DMi8顯微鏡在太空進行活細胞三維觀察

還記得5月那臺被日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）送入太空的徠卡顯微鏡嗎？

圖1 JAXA發布了該新聞（新聞來源：JAXA）

JAXA近公開了這次太空旅行的DMi8顯微系統配置細節。到達空間站后，科學家們利用這臺顯微系統開始了他們的測試之旅，那么他們又做了哪些研究呢？

DMi8抵達空間站并開展活細胞觀察

近年來，生物機體的重力感應機制研究和用于再生醫學的高功能器官培養技術已成為重要的研究課題，其中活細胞活體的三維觀察是一個至關重要的研究方向。

JAXA選擇了徠卡DMi8電動倒置顯微鏡作為系統平臺，并將DMi8安裝在空間站日本實驗倉“KIBO”中，由“KOUNOTORI” H-II運載火箭運送，該運載火箭已于5月26日到達空間站；并且完成了一定階段的生命科學實驗。

為了滿足太空作業的要求，以及進行活細胞三維觀察的目的，以DMi8為顯微平臺，經過改造和搭配多種功能配件，整合出全新的用于生命科學實驗的實時成像系統，命名為COSMIC。

圖2 JAXA送入太空作業的Leica DMi8結構示意圖

該系統由經過重新設計的多種組件組成，機身選擇了Leica DMi8倒置熒光顯微鏡，針對太空作業目的做了部分改造。根據實驗目的可以更換物鏡和熒光濾光片，并且操作部分（如鏡臺，物鏡轉盤，自動對焦，熒光濾鏡轉盤和聚光鏡）都是電動的。

細胞樣品附著在根據實驗制造的樣品容器支架上，并裝載在顯微鏡載物臺上。現有的支架可用于微孔板，而附著的細胞可用于DCC（一次性培養箱）。加熱室配有兩個DCC，可以在溫度控制下進行觀察。

圖3樣品在顯微鏡載物臺上的具體放置

系統還配置了Nipo轉盤式共聚焦掃描頭和高靈敏度sCMOS相機，可以對熒光樣品進行高清三維成像。并配備了用于快速活細胞觀察的三個激光器，可以針對多種熒光染料進行觀察。此外，系統中內置的分屏成像系統使一臺高靈敏度相機可以同時分屏捕獲具有不同波長的兩種熒光，并且可以對高速現象和FRET（熒光共振能量轉移）進行雙色同時觀察。

圖4   空間站中完成的活細胞FRET實驗，圖為紅綠雙色同時成像

此外，DMi8上的自動對焦保證了長時間觀察而不會失焦。此外，當與加熱培養箱結合使用時，可以保持適合培養的溫度環境，同時穩定地進行長時間活細胞觀察。

圖5 以DMi8為平臺改造搭建的COSMIC系統的結構示意圖

太空活細胞實驗操作流程簡介

那么太空上具體是如何操作實驗的呢？地球上的科學家又是如何獲得實驗數據的呢？

是這樣的，這套實時顯微成像系統整體經由面部緊固件安裝在“Kibo”機艙區域的墻壁上。將細胞樣品在細胞培養裝置中于若干µG~2G范圍內的各種重力環境下進行培養，并在顯微鏡下觀察其效果。觀察時，工作人員將樣品放在顯微鏡上，并根據地面指令遠程進行觀察。捕獲的圖像數據被暫時保存在控制PC的軌道中，并通過地面指令將其傳輸到地面。

圖6 太空活細胞實驗流程示意圖

DMi8全電動倒置顯微鏡

l 全電動操作，智能人機交互操控，包括全電動DIC控制——智能電動化更適用于地球指令太空遠程操控；

l 徠卡高精度閉環調焦技術：Z軸步進3.8nm，重復精度20nm——助力更的三維斷層掃描；

l 堅如磐石的機身鏡架，配搭自動聚焦功能和AFC自適應追焦系統——為活細胞提供更穩定的焦面；

l 快速的EFW熒光切換技術：濾色片21ms切換，可配置2ns高速光閘的LED激發光源——更適合捕捉活細胞的快速變化；

l 更高熒光透過的光路效率，有效降低光毒性；可作長達幾天的多位點活細胞連續成像且不影響生命活性；

l 雙無限遠擴展接口 (T-House)，側面和后出口均有光口自由進入熒光光路，左右側面及上下均可接相機及其他成像設備；更強大靈活的光路，可搭建多種功能擴展模塊。

DMi8適用于：

活細胞觀察：多種反差觀察方法可選（PH,DIC,RC），靈活的功能配件可供選擇。

活細胞熒光觀察：反映特異性底物的定性，定位，定量關系。

長達幾天的多位點活細胞連續成像；多孔多位點的高內涵活細胞成像。