无目镜显微镜－显微镜发展的一种新趋势

    列文虎克发明显微镜至今已经历了三百多年，光学显微镜随着人类科技的发展不断演化进步，功能不断增强。显微镜的放大倍率由初始的300倍左右到现在放大1000倍左右；从最初简单的明场观察方式发展出包括明场、暗场、偏振、荧光、相差、微分干涉差等多种观察方式；由简单的手动目视观察仪器演变为整合了拍照、摄像等多种功能的强大光学系统。

    最近10年，随着数码摄影技术、信息技术和自动化技术的飞速进步，显微镜的演进除了在功能上的革新与发展之外，在外观、操作舒适性、操作自动化程度以及方便性方面也都有很大发展，显微镜的外观上出现了一些革命性的变化，性能上有了进一步的提高。其中，无目镜显微镜由于其人性化的设计特点，为用户提供舒适的观察姿势和完美的成像效果，日益为成为显微镜发展的一种新趋势。

    目前，中国市场上的高端无目镜倒置显微镜以AMG EVOS系列产品为代表，包括 Nikon公司Coolscope 显微镜，Olympus公司的“智能生物导航仪”FSX100，leica推出的DMD108等，均采用无目镜设计，同时出现了英国VISION公司 LYNX无目镜体视显微镜及Mantis Elite体视显微镜等，AMG并于09年第三季度推出了荧光型无目镜显微镜，极大推动了无目镜显微镜的技术发展和应用空间。

 

    传统显微镜的观察方式比较单一，对于需要长时间在显微镜前工作的科研人员来说，“固定姿势”往往会引起眼睛和身体疲劳，影响工作效率。

    针对这一问题，各大显微镜厂商相继推出了无目镜显微镜，通过人性化的设计解决长期镜检工作引起身体疲劳问题，如美国AMG公司推出了大屏幕倒置显微镜系列，Nikon推出的Coolscope 显微镜，Olympus推出的智能生物导航仪FSX100，leica推出的DMD108等，均采用无目镜设计，直接通过液晶显示器来观察样本图像，大大减轻了科研人员在显微镜观察时的疲劳程度。

 

图1. 传统显微镜与AMG倒置显微镜的观察方式比较

 

图2. Olympus 生物智能导航仪

    无目镜显微镜在设计理念上大多秉承All－In One的设计理念，将所有操作控制模块进行高度整合，显微镜内置微处理器，拍照等处理通过鼠标控制，如光源强度调节、曝光时间调节、多色荧光通道图像重合等功能均可通过内置软件进行操作，可以实现连续拍摄的功能，软件中带有Time lapse功能，可以设定间隔时间和总拍摄时长，对样品实现实时连续观测。采用U盘即可完成存储过程，方便用户的日常使用。

    AMG公司出品的EVOS fl荧光型显微镜和EVOS xl相差显微镜设计紧凑，主机之外只有一根外接电源线和一根鼠标连线，方便安装和移动，同时在明场、相差和荧光观察模式下全部使用LED光源，保证近20年的使用寿命，完全避免了用户维护和更换配件的麻烦。同时随机带有暗盒，无需独立暗室，可以在正常实验室条件下对荧光样品直接拍照。

图3. AMG EVOS fl拍摄的三通道荧光样品图片

    在其他功能配置上，各著名公司的产品都有自己的特色，德国显微镜厂商Leica和Zeiss开发了自己的连续培养显微观察配件。Nikon Biostation IM 细胞连续培养显微成像工作站则专门针对细胞连续培养观察设计制造。

   

图3  Nikon Biostation IM 细胞连续培养显微成像工作站

    在临床医学上，专家远程会诊，病理资源共享将会为疑难杂症的诊断和对症治疗提供更大的可能性，这就需要能够实现自动化远程操作的显微镜来观察病理切片。Nikon公司的Coolscope和Leica公司的DMD108为临床远程病理会诊提供了方便，它们专门为载玻片显微观察设计，自动转换物镜，自动对焦，得到的图像可直接通过网络发送到异地进行专家会诊。

    

    无目镜显微镜在功能扩展的同时需要对硬件进行高度整合，因此对于照明光源提出了更高的要求，对于荧光显微镜，其稳定的激发光源对样本数码成像起着关键性的作用，到现在为止绝大多数显微镜还在使用卤钨灯或者是高压汞灯，一方面这类光源使用寿命短，需要3到4个月更换一次，每次更换后都需要专业工程师进行位置校准；另一方面，这类光源的强度会随着使用寿命而衰减；在日常使用中，卤钨灯或高压汞灯光源需要预热来等待光源强度稳定，而且光源关闭后需要等待30分钟左右才能重启，造成了使用上的不便。

    LED灯作为新一代照明产品具有能耗低、光强稳定、寿命长等优点。AMG公司的倒置显微镜系列全部采用了LED光源系统，完全消除了卤钨灯和高压汞灯的使用不便，而且AMG针对荧光倒置显微镜开发了专利的Light cube“光立方”单色激发光源系统，光源强度可调，不同的单色激发光源可自由更换，在显微镜光源方面是一场前所未有的革命。Leica的DMD108和Nikon的Coolscope也采用了LED光源，因此可以预见未来将会有更多的显微镜厂商采用LED光源。

图6 AMG 专利的light cube

 

    结束语：综上所述，随着人类科学技术的发展，显微镜的演化也逐渐进入革命性的发展阶段，越来越多更为人性化、自动化的理念被应用到显微镜设计上，显微镜的性能大幅提高。目前市场上出现的产品中还有一些特点鲜明的产品，如Olympus 的FXS100的智能化设计，AMG 的EVOS fl荧光成像时无需暗室的独特暗盒设计等，篇幅有限，不再详细介绍。

以前，在显微镜领域全球一直是Nikon、Olympus、Leica和Zeiss这四家占据着绝大多数的市场，如今美国AMG公司凭借其在倒置显微镜方面的独特设计，开始在显微镜市场上暂露头角。中国内地也出现了很多显微镜生产商，也许在不远的将来，中国制造的显微镜也可以推出让显微镜领域耳目一新的新颖产品，我们期待着这一天早日到来。

 

作者：张红星 北京东胜创新生物科技有限公司

hongxing_zhang@eastwin.com.cn

 

参考资料网络来源：

1.http://www.amgmicro.com

2.http://www.leica-microsystems.com/

3.http://www.nikoninstruments.com/content/download/5113/47632/version/2/file/BioStation-IM.pdf

4.http://www.olympusamerica.com/files/FSX100_brochure.pdf

5.http://www.szsn.cn/szsn_Article_11468.html