還記得5月那臺被日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)（JAXA）送入太空的徠卡顯微鏡嗎？

圖1 JAXA發(fā)布了該新聞（新聞來源：JAXA）

JAXA近公開了這次太空旅行的DMi8顯微系統(tǒng)配置細節(jié)。到達空間站后，科學(xué)家們利用這臺顯微系統(tǒng)開始了他們的測試之旅，那么他們又做了哪些研究呢？

DMi8抵達空間站并開展活細胞觀察

近年來，生物機體的重力感應(yīng)機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，其中活細胞活體的三維觀察是一個至關(guān)重要的研究方向。

JAXA選擇了徠卡DMi8電動倒置顯微鏡作為系統(tǒng)平臺，并將DMi8安裝在空間站日本實驗倉“KIBO”中，由“KOUNOTORI” H-II運載火箭運送，該運載火箭已于5月26日到達空間站；并且完成了一定階段的生命科學(xué)實驗。

為了滿足太空作業(yè)的要求，以及進行活細胞三維觀察的目的，以DMi8為顯微平臺，經(jīng)過改造和搭配多種功能配件，整合出全新的用于生命科學(xué)實驗的實時成像系統(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)過重新設(shè)計的多種組件組成，機身選擇了Leica DMi8倒置熒光顯微鏡，針對太空作業(yè)目的做了部分改造。根據(jù)實驗?zāi)康目梢愿鼡Q物鏡和熒光濾光片，并且操作部分（如鏡臺，物鏡轉(zhuǎn)盤，自動對焦，熒光濾鏡轉(zhuǎn)盤和聚光鏡）都是電動的。

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

圖3樣品在顯微鏡載物臺上的具體放置

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

圖4   空間站中完成的活細胞FRET實驗，圖為紅綠雙色同時成像

此外，DMi8上的自動對焦保證了長時間觀察而不會失焦。此外，當與加熱培養(yǎng)箱結(jié)合使用時，可以保持適合培養(yǎng)的溫度環(huán)境，同時穩(wěn)定地進行長時間活細胞觀察。

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

太空活細胞實驗操作流程簡介

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

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

圖6 太空活細胞實驗流程示意圖

DMi8全電動倒置顯微鏡

l 全電動操作，智能人機交互操控，包括全電動DIC控制——智能電動化更適用于地球指令太空遠程操控；

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

l 堅如磐石的機身鏡架，配搭自動聚焦功能和AFC自適應(yīng)追焦系統(tǒng)——為活細胞提供更穩(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——更適合捕捉活細胞的快速變化；

l 更高熒光透過的光路效率，有效降低光毒性；可作長達幾天的多位點活細胞連續(xù)成像且不影響生命活性；

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

DMi8適用于：

活細胞觀察：多種反差觀察方法可選（PH,DIC,RC），靈活的功能配件可供選擇。

活細胞熒光觀察：反映特異性底物的定性，定位，定量關(guān)系。

長達幾天的多位點活細胞連續(xù)成像；多孔多位點的高內(nèi)涵活細胞成像。