关键词：活细胞成像，结构照明，光学切片

一、引言：活细胞成像为什么总在“排队”

做活细胞荧光成像的课题组常遇到同一个问题：宽场荧光显微镜拍厚一点的样品，焦外模糊光会盖住细节；而能做光学切片的激光共聚焦多集中在公共平台，需要预约机时、把细胞从培养箱搬到平台，还要考虑温度和 CO₂ 的波动。于是很多实验只能“拍到就行”，或者拖到平台有空再做。

其实“需要共聚焦”与“必须使用平台激光共聚焦”并不是一回事。本文从成像需求出发，梳理什么情况下应当使用平台的激光点扫描等系统，什么情况下在本实验室配置一台基于结构照明的免激光转盘共聚焦即可满足需要，并以 Aurox 的 Clarity（加装模块）和 Unity（一体机）为例，给出对比与选型评估清单。

二、原理：光学切片并非只有激光一条路

光学切片的目的，是只保留焦平面信号、去除焦外模糊光。实现方式主要有三类：激光点扫描共聚焦用针孔挡住焦外光；传统转盘共聚焦用布满小孔的尼普科夫盘并行扫描，透光率低，通常配高功率激光；结构照明类方法则把条纹图案投射到样品上，再由计算区分焦内与焦外信号。

Aurox 产品采用的是“孔径相关”方法（Wilson 等，1996）：旋转盘上刻有透光与反光相间的条纹，约一半面积透光，因此 LED 或金属卤素光源就能提供足够照明。焦面荧光与条纹对齐，主要透过盘面（T 像）；焦外荧光已被模糊，大致在透过与反射（R 像）之间平分。两幅像相减（T−R）得到切片像，相加（T+R）得到宽场像。需要注意，这里的结构照明用于去除焦外模糊，不提高横向分辨率，与超分辨 SIM 是两类技术（Manton，2022）。

对活细胞而言，光毒性与照射的峰值强度和总光剂量密切相关。与点扫描相比，并行照明的方式在单点上的光强更低，这一点有综述支持（Icha 等，2017；Laissue 等，2017）。但具体到某一型号的光毒性高低，目前仍缺少独立的对比测量，应以实测为准。

三、选型要点一：先判断需求落在哪一类

图1 活细胞光学切片成像的选型思路。图片来源：北京欧浩科技根据文中原理与官方资料自绘。

建议按图1的顺序逐项判断：

1. 是否真的需要光学切片。单层贴壁细胞的形态观察、计数等，宽场荧光加反卷积往往已经够用。
2. 是否涉及激光专属功能。光漂白恢复（FRAP）、光激活、光谱拆分、特定激光线激发、超分辨，以及厚的强散射组织深层成像，仍应使用平台的激光共聚焦、多光子或超分辨系统。
3. 是否属于高频、常规的切片成像。细胞器形态、蛋白定位、Z 轴层扫、孔板多位点和中短时程活细胞观察，使用频率高、对机时灵活性要求高，适合放在本实验室完成。

四、选型要点二：Clarity 与 Unity 怎么选

图2 两种实验台配置形式：（a）Clarity 模块安装在倒置荧光显微镜侧方相机口；（b）Unity 一体式桌面机。图片来源：Aurox 产品资料（Clarity、Unity 宣传册，2024）。

两者原理相同，区别在于“升级现有显微镜”还是“新增一台一体机”。下表根据 Aurox 官网公开规格整理：

五、选型要点三：评估与试样清单

无论倾向哪一种，都建议用自己的样品做同条件对比，并记录以下内容：

1. 样品清单：准备最典型、最难的样品各一份，包括弱荧光样品、较厚样品（类器官、细胞球、组织切片）和需要长时间观察的活细胞。
2. 对照：同一样品在现有宽场和平台激光共聚焦上各拍一组，尽量使用相同或相近数值孔径的物镜。
3. 切片与信噪比：比较焦外背景去除程度、弱信号的颗粒感，以及不同切片档位下的信号变化。
4. 活细胞耐受：按计划的曝光、间隔和总时长连续拍摄，观察漂白程度、细胞形态和分裂是否受影响。
5. 兼容性（选 Clarity 时）：核对显微镜型号与相机口、现有相机和光源是否在支持列表内、所用荧光染料与滤块是否匹配。
6. 空间与环境（选 Unity 时）：确认台面、CO₂ 气源、加湿与混气装置、网络与数据存储方案。

六、局限：哪些情况不应寄望于实验台系统

图3 T−R 相减的噪声特点示意（玩具模拟，非实测数据）：焦外背景被减去，但背景所在区域残留颗粒状散粒噪声。图片来源：北京欧浩科技自绘模拟。

• 背景越强，噪声越明显。相减能去掉焦外光的平均亮度，却去不掉其随机涨落（图3），厚而亮的样品切片像会显得“颗粒”。
• 深度有限。在强散射组织中条纹迅速模糊，像差也会削弱切片效果（Hussain 等，2022），不能替代双光子等深层成像手段。
• 功能边界。不具备可调针孔、光谱拆分和激光光操控功能。
• 证据面。已发表研究多把这类设备作为常规工具使用，系统的头对头性能评测较少，规格表数值多为理想配置下的厂家数据。

七、维护与管理要点

免激光系统的日常管理通常不涉及激光安全培训和激光器维护，但仍需注意：光源按光源厂家建议维护；物镜、滤块和光路窗口定期清洁防尘；Clarity 需随显微镜做好配准与相机接口检查，Unity 需定期检查加热和气路接头、清洁样品仓并导出机内数据。建议把“实验台做日常、平台做特殊需求”的分工写进课题组的仪器使用制度，避免重复预约和设备闲置。

八、小结

选型的关键不是“哪种技术更先进”，而是把需求分层：激光专属功能和深层成像交给核心平台；高频、常规的光学切片和活细胞观察，可以由实验台上的结构照明转盘共聚焦承担。已有好显微镜的实验室可优先评估加装模块，需要孵育和无人值守采集的实验室可评估一体机。最终决定应建立在自有样品的对比实测之上。

如需用自有样品在样机上进行对比测试，可提前预约。

参考文献

[1] Wilson T, Juškaitis R, Neil MAA, Kozubek M. Confocal microscopy by aperture correlation. Opt Lett. 1996;21:1879–1881. doi:10.1364/OL.21.001879

[2] Neil MAA, Juškaitis R, Wilson T. Method of obtaining optical sectioning by using structured light in a conventional microscope. Opt Lett. 1997;22:1905–1907. doi:10.1364/OL.22.001905

[3] Icha J, Weber M, Waters JC, Norden C. Phototoxicity in live fluorescence microscopy, and how to avoid it. BioEssays. 2017;39:1700003. doi:10.1002/bies.201700003

[4] Laissue PP, Alghamdi RA, Tomancak P, Reynaud EG, Shroff H. Assessing phototoxicity in live fluorescence imaging. Nat Methods. 2017;14:657–661. doi:10.1038/nmeth.4344

[5] Manton JD. Answering some questions about structured illumination microscopy. Phil Trans R Soc A. 2022;380:20210109. doi:10.1098/rsta.2021.0109

[6] Hussain SA, et al. Wavefront-sensorless adaptive optics with a laser-free spinning disk confocal microscope. J Microsc. 2022;288:106–116. doi:10.1111/jmi.12976

[7] Aurox Ltd. Clarity 产品页. https://www.aurox.co.uk/aurox-clarity.php ；Unity 产品页. https://www.aurox.co.uk/aurox-unity.php （2026 年 10 月访问）

图片说明：图1、图3 为自绘；图2 产品照片版权归 Aurox Ltd.。