VAHEAT顯微鏡熱臺典型應(yīng)用及常見問題解答

前言

如前文介紹，VAHEAT是一款精密顯微鏡專用溫度控制單元，適配于市面上在售的各種顯微鏡。VAHEAT集加熱探頭與溫度傳感于一體，無需對物鏡進(jìn)行加熱，可對樣品進(jìn)行快速且精確地溫度控制，保持樣品溫度恒定。最高溫度100和200°C可選，可實現(xiàn)動態(tài)溫度控制、4種加熱模式、最高100°/s加熱速度，在加熱過程中保持很高溫度精度的同時，不會顯微鏡成像質(zhì)量產(chǎn)生影響，廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)和材料研究中對溫度敏感的過程相關(guān)研究。

圖1：VAHEAT顯微鏡樣品溫度控制器實物圖

圖2：a）VAHEAT各部件名稱。（b)安裝在顯微鏡上的VAHEAT，帶有液體樣品容器的智能基板版本

圖3：VEAHEAT智能基板集成ITO薄膜加熱元件和溫度探頭。b)基底與油浸物鏡接觸時受熱的熱相機(jī)圖像，顯示了FOV內(nèi)的均勻加熱（比例尺= 5毫米）

一、

VAHEAT典型應(yīng)用案例

活細(xì)胞成像

生物對環(huán)境條件的變化，尤其是溫度的變化非常敏感。VAHEAT保證了傳輸和成像過程中可靠和精確的溫度控制，使研究細(xì)胞行為的溫度敏感過程，如多細(xì)胞腫瘤球體中的Ca2+活性或神經(jīng)元的熱刺激變的更容易。

DNA

根據(jù)序列和鏈長不同，雙鏈DNA的熔點可在60°C至90°C之間。使用高分辨率顯微鏡觀察靠近熔點甚至高于熔點的DNA動力學(xué)，在傳統(tǒng)的加熱階段尚不可能。VAHEAT為從光學(xué)角度研究DNA及其結(jié)合和分離行為提供了獨特的可能性。

微流控

VAHEAT本質(zhì)上與微流體兼容。微流控室如PDMS模具可以直接安裝在集成溫度探頭的智能基板上。這樣就可以直接測量和調(diào)節(jié)注射液體的溫度。由于系統(tǒng)的快速熱響應(yīng)，不需要昂貴和笨重的設(shè)備就可以在現(xiàn)場混合不同的、不受溫度控制的液體。

相變

單納米顆粒在脂質(zhì)膜等復(fù)雜環(huán)境中的擴(kuò)散對溫度高度敏感?？煽康臏囟瓤刂坪途_的讀數(shù)是定量研究的關(guān)鍵因素。集成到智能襯底中的溫度探頭不僅確保了可靠的測量條件，甚至能夠感知薄層中的相變。

神經(jīng)科學(xué)

細(xì)胞功能以及細(xì)胞間的通訊都依賴于溫度。特別是神經(jīng)科學(xué)實驗非常依賴于對環(huán)境條件的精確和準(zhǔn)確的控制，例如對突觸功能、其可塑性或動作電位傳播的研究。在這里，VAHEAT提供了一個出色的解決方案，在用戶定義的溫度下進(jìn)行基于熒光甚至膜片鉗的實驗，而不需要龐大的孵育室。

原子力顯微鏡

原子力顯微鏡(AFM)不僅對小的熱漂移或振動高度敏感，而且對靠近懸臂的電勢的輕微變化也非常敏感。VAHEAT滿足了這些溫度控制的高要求。局部加熱機(jī)制避免任何熱漂移或波動，而全模擬電子電路設(shè)計降低電子噪聲到最低限度。采用DIRECT模式進(jìn)一步降低樣品體積中的電子噪聲，并允許高精度AFM測量。

二、

現(xiàn)場圖片鑒賞

三、

VAHEAT常見問題解答

1

常規(guī)問題

1.Substrate是什么？

答：Substrate可理解為一種具有特殊功能的蓋玻片，集加熱元件和高靈敏度溫度探頭一體，且包含傳感器，故稱之為Smart Substrate（智能基板）。

2.VAHEAT與其他加熱平臺有什么不同？

答：VAHEAT通過高度靈敏的反饋機(jī)制控制樣品體積（幾百微升）的溫度，從而最大限度地減少了注入光學(xué)裝置的熱能，同時追蹤和控制 FOV 中的溫度，無需擔(dān)心溫度梯度或熱漂移。系統(tǒng)可極好地適用于高分辨率和超分辨率應(yīng)用。

3.如何放置、更換智能基板？

答：顯微鏡適配器有兩個可拆卸部件：75 x 25 毫米大小的板和磁性連接的連接器，電纜將兩個部件與控制箱連接起來。從板上拆下連接器后，可以插入或更換智能基板。

4.VAHEAT可適用于那些領(lǐng)域？

答：目前已成功應(yīng)用于活細(xì)胞（如多細(xì)胞腫瘤球體中的Ca2+活性或神經(jīng)元的熱刺激）、生物物理系統(tǒng)、薄膜、藥物和聚合物的成像設(shè)施、獨立研究小組和工業(yè)研究部門。更多的應(yīng)用領(lǐng)域正在探究中。

5.智能基板的尺寸是多少？

答：智能基板為18 x 18 mm2，厚度為 170μm（標(biāo)準(zhǔn)范圍）或 500μm（擴(kuò)展范圍）。標(biāo)準(zhǔn)范圍的智能基材針對高分辨率研究進(jìn)行了優(yōu)化，如 #1.5 蓋玻片。

2

溫度控制

1.標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展范圍版本之間的技術(shù)差異是什么？

答：標(biāo)準(zhǔn)范圍版本可以發(fā)出高達(dá) 2.5 W 的加熱功率，并根據(jù)高 NA 浸沒式顯微鏡物鏡的要求使用 170 μm 厚度 (#1.5H) 的智能基板。高溫版本可以使用 500 μm 厚度 (#5) 的智能基板運行，同時允許高達(dá) 5.0 W 的加熱功率。

2.可以將標(biāo)準(zhǔn)版的智能基板用在擴(kuò)展版本上嗎？

答：可以，可以用與標(biāo)準(zhǔn)版本相同的方式操作擴(kuò)展版本的VAHEAT系統(tǒng)。但是，標(biāo)準(zhǔn)版的智能基板不能在 100°C 以上運行，因為無法保證其在100°C 以上的溫度下正常工作。強烈建議在高溫下使用適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展版本智能基材。

3.加熱區(qū)域的尺寸是多少？

答：加熱區(qū)域的大小為 5 x 5 mm2。且加熱元件由透明的導(dǎo)電材料制成。

4.樣品體積是否均勻加熱？

答：均勻加熱。由于熱導(dǎo)和溫度反饋的特定組合，不僅可以保證均勻加熱、恒溫還可以精確調(diào)節(jié)溫度。

5.VAHEAT 的最大加熱速率是多少？

答：對于沉積在VAHEAT智能基板上的薄膜，加熱速率可高達(dá)每秒100°C。對于液體，加熱速度高達(dá)每秒40 °C。

6.VAHEAT 的最小加熱速率是多少？

答：可以任意調(diào)節(jié)升溫速度。這主要取決于溫度穩(wěn)定性的需求。加熱速率低至 0.1°C/h 是可編程的。

7.VAHEAT 的冷卻速度是多少？

答：目前，VAHEAT系統(tǒng)不具備主動冷卻功能。然而，根據(jù)附加的熱負(fù)荷以及環(huán)境溫度和樣品之間的溫差，冷卻可以和加熱一樣快。在研究薄膜時，冷卻速率可高達(dá) 40°C/s。

8.智能基板的溫度精度和準(zhǔn)確度是多少？

答：智能基板上的溫度通過加熱元件和 FOV 中傳感器之間的主動反饋回路進(jìn)行控制。溫度可以保持恒定數(shù)小時到數(shù)天，精度高達(dá)0.01°C (rms)。同時，絕對溫度精度可達(dá)0.1°C 的高精度智能基板。

9.VAHEAT 系統(tǒng)是否需要其他附加設(shè)備（例如物鏡加熱器）？

答：不需要，VAHEAT為獨立設(shè)備。溫度控制不需要額外的組件。集成的智能反饋系統(tǒng)可檢測溫度的任何微小變化并在幾秒鐘內(nèi)對其進(jìn)行調(diào)控。

10.是否有可用于遠(yuǎn)程控制 VAHEAT系統(tǒng)的軟件？

答：有，VAHEAT的功能控制單元可通過Windows、Mac OS和Linux相應(yīng)軟件進(jìn)行控制。該軟件可設(shè)計溫度曲線或?qū)囟葦?shù)據(jù)傳輸?shù)奖镜赜嬎銠C(jī)。

3

兼容性

1.VAHEAT 是否與倒置顯微鏡兼容？

答：是兼容的！智能基板具有傳統(tǒng)蓋玻片的最優(yōu)尺寸，厚度為 170μm (#1.5 H)，非常適合高分辨率研究。集成在智能基板中的加熱元件是透明的，可見光譜范圍內(nèi)的透射率超過 90%。基板支架允許盡可能靠近高數(shù)值孔徑浸沒物鏡。

2.VAHEAT 是否與正置顯微鏡兼容？

答：是的！基板的尺寸為18×18mm2，有效尺寸接近16×18mm2的區(qū)域。顯微鏡適配器的厚度為 2.5 毫米。對于大型液體浸漬物鏡，我們可提供相應(yīng)的解決方案！

3.我可以在真空室內(nèi)使用 VAHEAT 嗎？

答：是的！VAHEAT與真空室兼容。但可能需要特定的電纜饋通裝置，但在真空室內(nèi)操作VAHEAT時不會放氣。我們可提供相應(yīng)需求的方案。

4

光學(xué)性能

1.對于 TIRF 顯微鏡：在樣品中產(chǎn)生漸逝場的激光束的角度如何受到 VAHEAT 的影響？

答：一點也不。VAHEAT不會改變您的入射角，因為注入您的光學(xué)系統(tǒng)的熱負(fù)荷保持最小。簡而言之：您只需加熱樣品。這樣，您的成像系統(tǒng)的光學(xué)性能受溫度變化的影響很小。這與傳統(tǒng)階段培養(yǎng)箱不同：這些設(shè)備需要加熱物鏡。這會在光學(xué)器件上引起應(yīng)力和張力，從而惡化光學(xué)性能。

2.將 VAHEAT 與空氣物鏡一起使用時，光學(xué)性能會受到怎樣的影響？

答：從內(nèi)部測量我們可以得出結(jié)論，樣品加熱對圖像質(zhì)量沒有影響，因此對室溫和 100 °C 之間的溫度的點擴(kuò)散函數(shù) (PSF) 沒有影響。

3.玻璃基板的折射率是多少？

答：在 500 nm 波長下，玻璃基板的折射率為 n=1.52。

4.使用油浸物鏡工作時可能的最高溫度是多少？

答：我們結(jié)合高 NA 物鏡 (NA>1.4) 在油浸溫度高達(dá) 100 °C 的條件下測試了VAHEAT。不建議超過此溫度，因為物鏡可能會損壞并且浸油會開始分解。

5

智能基板

1.如何清潔我的智能基板？

答：您可以使用乙醇、異丙醇或丙酮等有機(jī)溶劑清潔智能基板。您也可以使用 pH 值中性的清潔劑（例如 Extran 或 Hellmanex）。智能基板可承受超聲波清洗和氧等離子體處理。請避免使用強酸或強堿。基材與清潔劑接觸的時間不應(yīng)超過 30 分鐘。

2.可以清潔帶有凹槽的智能基板嗎？

答：是的！它們的清潔方式與平面智能基板相同。除此之外，可以使用酸或堿來清潔容器容積（例如 5% HCl）。

3.可以將智能基板放入高壓滅菌器中嗎？

答：不能！請避免將智能基板放入高壓滅菌器中。可以使用氧等離子體處理、伽馬射線滅菌或簡單地使用乙醇或異丙醇來消除污染

4.可以用 L-賴氨酸等化學(xué)功能化智能基材的表面嗎？

答：可以！基板表面材質(zhì)是玻璃?？梢园凑沼糜诠δ芑w玻片的方式對該表面進(jìn)行化學(xué)功能化。

5.凹槽可以密封防止蒸發(fā)嗎？

答：可以根據(jù)要求由一個小玻璃載玻片覆蓋。

6.兩種基板是否與細(xì)胞相容？

答：相容，普通基板的材質(zhì)是玻璃。帶有凹槽的基板由廣泛用于微流體并且眾所周知具有生物相容性的硅樹脂制成。

7.帶有凹槽的基板的容積是多少？

答：600 微升。

8.哪些浸入式介質(zhì)與智能基材兼容？

答：推薦油基和水基浸漬介質(zhì)。請避免使用甘油作為浸漬介質(zhì)，因為它會侵蝕智能基材并降低其功能。

6

其他

1.可以在實驗室評估系統(tǒng)性能嗎？可以提供測試服務(wù)嗎？

答：可以，我們提供為期五個工作日的測試，請與我們聯(lián)系！

2. 如何清潔和消毒顯微鏡適配器/基板支架？

答：顯微鏡適配器的清潔方式與智能基板相同。

上海昊量光電作為德國Interherence公司在中國的代理商，可提供專業(yè)的技術(shù)服務(wù)，如果您有顯微鏡樣品溫控的需求，歡迎通過郵箱、電話或微信與我們進(jìn)行聯(lián)系！