還記得5月那臺(tái)被日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）送入太空的徠卡顯微鏡嗎？

圖1 JAXA發(fā)布了該新聞（新聞來(lái)源：JAXA）

JAXA近公開(kāi)了這次太空旅行的DMi8顯微系統(tǒng)配置細(xì)節(jié)。到達(dá)空間站后，科學(xué)家們利用這臺(tái)顯微系統(tǒng)開(kāi)始了他們的測(cè)試之旅，那么他們又做了哪些研究呢？

DMi8抵達(dá)空間站并開(kāi)展活細(xì)胞觀察

近年來(lái)，生物機(jī)體的重力感應(yīng)機(jī)制研究和用于再生醫(yī)學(xué)的高功能器官培養(yǎng)技術(shù)已成為重要的研究課題，其中活細(xì)胞活體的三維觀察是一個(gè)至關(guān)重要的研究方向。

JAXA選擇了徠卡DMi8電動(dòng)倒置顯微鏡作為系統(tǒng)平臺(tái)，并將DMi8安裝在空間站日本實(shí)驗(yàn)倉(cāng)“KIBO”中，由“KOUNOTORI” H-II運(yùn)載火箭運(yùn)送，該運(yùn)載火箭已于5月26日到達(dá)空間站；并且完成了一定階段的生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

為了滿足太空作業(yè)的要求，以及進(jìn)行活細(xì)胞三維觀察的目的，以DMi8為顯微平臺(tái)，經(jīng)過(guò)改造和搭配多種功能配件，整合出全新的用于生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)，命名為COSMIC。

圖2 JAXA送入太空作業(yè)的Leica DMi8結(jié)構(gòu)示意圖

該系統(tǒng)由經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)的多種組件組成，機(jī)身選擇了Leica DMi8倒置熒光顯微鏡，針對(duì)太空作業(yè)目的做了部分改造。根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康目梢愿鼡Q物鏡和熒光濾光片，并且操作部分（如鏡臺(tái)，物鏡轉(zhuǎn)盤(pán)，自動(dòng)對(duì)焦，熒光濾鏡轉(zhuǎn)盤(pán)和聚光鏡）都是電動(dòng)的。

細(xì)胞樣品附著在根據(jù)實(shí)驗(yàn)制造的樣品容器支架上，并裝載在顯微鏡載物臺(tái)上。現(xiàn)有的支架可用于微孔板，而附著的細(xì)胞可用于DCC（一次性培養(yǎng)箱）。加熱室配有兩個(gè)DCC，可以在溫度控制下進(jìn)行觀察。

圖3樣品在顯微鏡載物臺(tái)上的具體放置

系統(tǒng)還配置了Nipo轉(zhuǎn)盤(pán)式共聚焦掃描頭和高靈敏度sCMOS相機(jī)，可以對(duì)熒光樣品進(jìn)行高清三維成像。并配備了用于快速活細(xì)胞觀察的三個(gè)激光器，可以針對(duì)多種熒光染料進(jìn)行觀察。此外，系統(tǒng)中內(nèi)置的分屏成像系統(tǒng)使一臺(tái)高靈敏度相機(jī)可以同時(shí)分屏捕獲具有不同波長(zhǎng)的兩種熒光，并且可以對(duì)高速現(xiàn)象和FRET（熒光共振能量轉(zhuǎn)移）進(jìn)行雙色同時(shí)觀察。

圖4   空間站中完成的活細(xì)胞FRET實(shí)驗(yàn)，圖為紅綠雙色同時(shí)成像

此外，DMi8上的自動(dòng)對(duì)焦保證了長(zhǎng)時(shí)間觀察而不會(huì)失焦。此外，當(dāng)與加熱培養(yǎng)箱結(jié)合使用時(shí)，可以保持適合培養(yǎng)的溫度環(huán)境，同時(shí)穩(wěn)定地進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間活細(xì)胞觀察。

圖5 以DMi8為平臺(tái)改造搭建的COSMIC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

太空活細(xì)胞實(shí)驗(yàn)操作流程簡(jiǎn)介

那么太空上具體是如何操作實(shí)驗(yàn)的呢？地球上的科學(xué)家又是如何獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的呢？

是這樣的，這套實(shí)時(shí)顯微成像系統(tǒng)整體經(jīng)由面部緊固件安裝在“Kibo”機(jī)艙區(qū)域的墻壁上。將細(xì)胞樣品在細(xì)胞培養(yǎng)裝置中于若干µG~2G范圍內(nèi)的各種重力環(huán)境下進(jìn)行培養(yǎng)，并在顯微鏡下觀察其效果。觀察時(shí)，工作人員將樣品放在顯微鏡上，并根據(jù)地面指令遠(yuǎn)程進(jìn)行觀察。捕獲的圖像數(shù)據(jù)被暫時(shí)保存在控制PC的軌道中，并通過(guò)地面指令將其傳輸?shù)降孛妗?/span>

圖6 太空活細(xì)胞實(shí)驗(yàn)流程示意圖

DMi8全電動(dòng)倒置顯微鏡

l 全電動(dòng)操作，智能人機(jī)交互操控，包括全電動(dòng)DIC控制——智能電動(dòng)化更適用于地球指令太空遠(yuǎn)程操控；

l 徠卡高精度閉環(huán)調(diào)焦技術(shù)：Z軸步進(jìn)3.8nm，重復(fù)精度20nm——助力更的三維斷層掃描；

l 堅(jiān)如磐石的機(jī)身鏡架，配搭自動(dòng)聚焦功能和AFC自適應(yīng)追焦系統(tǒng)——為活細(xì)胞提供更穩(wěn)定的焦面；

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

l 更高熒光透過(guò)的光路效率，有效降低光毒性；可作長(zhǎng)達(dá)幾天的多位點(diǎn)活細(xì)胞連續(xù)成像且不影響生命活性；

l 雙無(wú)限遠(yuǎn)擴(kuò)展接口 (T-House)，側(cè)面和后出口均有光口自由進(jìn)入熒光光路，左右側(cè)面及上下均可接相機(jī)及其他成像設(shè)備；更強(qiáng)大靈活的光路，可搭建多種功能擴(kuò)展模塊。

DMi8適用于：

活細(xì)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(xì)胞熒光觀察：反映特異性底物的定性，定位，定量關(guān)系。

長(zhǎng)達(dá)幾天的多位點(diǎn)活細(xì)胞連續(xù)成像；多孔多位點(diǎn)的高內(nèi)涵活細(xì)胞成像。