一、激光掃描共聚焦顯微鏡的基本原理和發(fā)展

科學研究工作對更高圖像分辨率的追求產(chǎn)生了激光掃描共聚焦顯微鏡。隨著免疫熒光技術在生物學研究領域的廣泛應用，研究人員注意到，熒光顯微照片的分辨率較低，傳統(tǒng)的熒光顯微鏡使用場光源，因標本鄰近結構（細胞或亞細胞結構）產(chǎn)生的衍射光和散射光的干擾，使標本中細微結構的成像不夠清晰。激光共聚焦顯微鏡的主要原理是利用激光掃描束通過光柵針孔形成點光源，在熒光標記標本的焦平面上逐點掃描，采集點的光信號通過探測針孔到達光電倍增管（PMT），再經(jīng)過信號處理，在計算機監(jiān)視屏上形成圖像。由于激光光源的光柵針孔和探測針孔對物鏡焦平面是共軛的，焦平面上的點同時聚焦于光柵針孔和探測針孔，進行點掃描時，掃描點以外的點不會成像，經(jīng)逐點掃描后才形成整個標本的光學切片（Optic section）。

二、圖像激光掃描共聚焦顯微鏡的主要生物學應用

1 、組織和細胞中熒光標記的分子和結構的檢測

標本制備方法主要有免疫熒光組織和細胞化學法、熒光蛋白標記分子法、熒光細胞染料標記法等。與傳統(tǒng)的熒光顯微鏡相比，除了有較高的分辨率以外，一個主要的不同是激光掃描共聚焦顯微鏡可以利用激光點掃描成像，形成所謂的“光學切片”，進而可以利用沿縱軸上移動標本進行多個光學切片的疊加形成組織或細胞中熒光標記結構的總體圖像，因此可以用于觀察切片和一些表面不平的標本，特別是研究具有長突起的神經(jīng)元時更有使用價值。同時可以做三維圖像重建和標記強度的半定量分析。

2、定量或半定量測量Ca2+和pH等細胞內(nèi)離子濃度及變化

利用Fluo23 、Fura2等熒光探針可以測量Ca2+在活細胞內(nèi)的濃度及變化。一般來說，電生理記錄裝置加攝像技術檢測細胞內(nèi)離子量變化的速度相對較快，但其圖像本身的價值較低，而激光掃描共聚焦顯微鏡可以提供更好的亞細胞結構中鈣離子濃度動態(tài)變化的圖像，這對于研究鈣等離子細胞內(nèi)動力學有意義。最好與電生理等技術相結合來觀察離子變化與電生理學指標的相關性。

3、熒光光漂白及恢復技術

利用高能量激光束將細胞內(nèi)某一部分中選定靶區(qū)域的某種熒光淬滅，然后觀察鄰近相同的熒光標記物重新擴散入該區(qū)域的速度和方式，從而分析細胞內(nèi)蛋白質運輸、受體在細胞膜上的流動和大分子組裝等細胞生物學過程。一般來說，需要用熒光蛋白等標記物標記需要研究的分子，進行細胞轉染表達后再做以上的實驗。

4、長時程觀察細胞遷移和生長

目前激光掃描共聚焦顯微鏡的軟件一般均可自動控制地進行定時和定方式的激光掃描，而且由于新一代激光掃描共聚焦顯微鏡的探測效率的提高，只需要很小的激光能量就可以達到較好的圖像質量，從而減小了每次掃描時激光束對細胞的損傷，因此，可以用于數(shù)小時的長時程定時掃描，記錄細胞遷移和生長等細胞生物學現(xiàn)象。

5、其他的生物學應用

用高能量激光束進行細胞損傷和損毀實驗，一般要用紫外激光束進行細胞損毀；細胞間通訊研究；光解籠鎖活化技術等。

三、激光共聚焦顯微鏡在以下研究領域中應用較為廣泛

1、細胞生物學：細胞結構、細胞骨架、細胞膜結構、流動性、受體、細胞器結構和分布變化、細胞凋亡；

2、生物化學：酶、核酸、FISH、受體分析；

3、藥理學：藥物對細胞的作用及其動力學；

4、生理學：膜受體、離子通道、離子含量、分布、動態(tài)；

5、遺傳學和組胚學：細胞生長、分化、成熟變化、細胞的三維結構、染色體分析、基因表達、基因診斷；

6、神經(jīng)生物學：神經(jīng)細胞結構、神經(jīng)遞質的成分、運輸和傳遞；

7、微生物學和寄生蟲學：細菌、寄生蟲形態(tài)結構；

8、病理學及病理學臨床應用：活檢標本的快速診斷、腫瘤診斷、自身免疫性疾病的診斷；

9、生物學、免疫學、環(huán)境醫(yī)學和營養(yǎng)學。