VAHEAT顯微鏡樣品溫度控制器典型應(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(duì)物鏡進(jìn)行加熱，可對(duì)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^oC可選，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)溫度控制、4種加熱模式、最 高100^o/s加熱速度，在加熱過程中保持很高溫度精度的同時(shí)，不會(huì)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(duì)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(shí)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(shí)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(duì)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。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)元的熱刺激從未如此容易。充分發(fā)揮VAHEAT作為微舞臺(tái)頂 級(jí)孵化器的能力。

• DNA

根據(jù)序列和鏈長不同，雙鏈DNA的熔點(diǎn)可在60°C至90°C之間。使用高分辨率顯微鏡觀察靠近熔點(diǎn)甚至高于熔點(diǎn)的DNA動(dòng)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*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(duì)溫度高度敏感。可靠的溫度控制和精 確的讀數(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(shí)驗(yàn)非常依賴于對(duì)環(huán)境條件的精 確和準(zhǔn) 確的控制，例如對(duì)突觸功能、其可塑性或動(dòng)作電位傳播的研究。在這里，VAHEAT提供了一個(gè)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(shí)驗(yàn)，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(duì)小的熱漂移或振動(dòng)高度敏感，而且對(duì)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(dòng)，而全模擬電子電路設(shè)計(jì)降低電子噪聲到zui 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

一、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(tái)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(shí)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ji 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(gè)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(gè)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(dú)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(duì)高分辨率研究進(jìn)行了優(yōu)化，如 #1.5 蓋玻片。

二、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(yùn)行，同時(shí)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(yùn)行，因?yàn)闊o法保證其在100°C 以上的溫度下正常工作。強(qiáng)烈建議在高溫下使用適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展版本智能基材。

4.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。

5.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。

6.VAHEAT 的最 大加熱速率是多少？

答：對(duì)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(duì)于液體，加熱速度高達(dá)每秒40 °C。

7.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。

8.VAHEAT 的冷卻速度是多少？

答：目前，VAHEAT系統(tǒng)不具備主動(dòng)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(shí)，冷卻速率可高達(dá) 40°C/s。

9.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(dòng)反饋回路進(jìn)行控制。溫度可以保持恒定數(shù)小時(shí)到數(shù)天，精度高達(dá)0.01°C (rms)。同時(shí)，絕對(duì)溫度精度可達(dá)0.1°C 的高精度智能基板。

10.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(dú)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(duì)其進(jìn)行調(diào)控。

11.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(jì)溫度曲線或?qū)囟葦?shù)據(jù)傳輸?shù)奖镜赜?jì)算機(jī)。

三、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*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(duì)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(shí)不會(huì)放氣。我們可提供相應(yīng)需求的方案。

四、光學(xué)性能

1.對(duì)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(diǎn)也不。VAHEAT不會(huì)改變您的入射角，因?yàn)樽⑷肽墓鈱W(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(huì)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(shí)，光學(xué)性能會(huì)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(duì)圖像質(zhì)量沒有影響，因此對(duì)室溫和 100 °C 之間的溫度的點(diǎn)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(shí)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?yàn)槲镧R可能會(huì)損壞并且浸油會(huì)開始分解。

五、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(qiáng)酸或強(qiáng)堿。基材與清潔劑接觸的時(shí)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。可以按照用于功能化蓋玻片的方式對(duì)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(gè)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zhong所zhou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?yàn)樗鼤?huì)侵蝕智能基材并降低其功能。

六、其他

1.可以在實(shí)驗(yàn)室評(píng)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(gè)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。

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