Viventis SCAPE纯光学高速体成像系统详解（二）
摘要
在活细胞成像研究中，研究人员不仅关注空间分辨率和成像速度，同时关注成像过程对样品生理状态的影响。对于长期动态观察、低表达荧光标记追踪以及光敏感样品研究而言，光毒性与光漂白往往成为影响实验结果的重要因素。
徕卡显微系统（Leica Microsystems）Viventis SCAPE纯光学高速体成像系统基于扫描共聚焦对准平面激发（SCAPE，Swept Confocally Aligned Planar Excitation）技术，通过选择性平面照明实现快速三维体成像，仅照射成像平面，从而减少非焦平面区域的光暴露。该技术能够支持长时间、低干扰的三维动态观察，并适用于活细胞、类器官、多孔板培养体系以及小型模式生物等研究模型。
1. 徕卡显微系统与SCAPE技术背景
1.1 徕卡显微系统（Leica Microsystems）简介
徕卡显微系统（Leica Microsystems）长期专注于生命科学显微成像技术的发展，产品覆盖宽场显微镜、共聚焦显微镜、多光子显微镜及光片显微镜等多个领域。
在三维活体成像方向，徕卡显微系统（Leica Microsystems）推出Viventis SCAPE纯光学高速体成像系统，通过单物镜光片显微成像架构实现高速、温和的三维体积采集。
1.2 SCAPE技术原理
SCAPE（Swept Confocally Aligned Planar Excitation）是一种扫描共聚焦对准平面激发技术。
与传统逐层扫描显微技术不同，SCAPE技术通过快速扫描倾斜光片完成体积采集：
- 无需移动样品
- 实现高速三维成像
- 提高时间分辨率
- 降低机械扰动影响
Viventis SCAPE采用单物镜光片设计，可在标准培养皿、多孔板等常规样品载体中直接开展体积成像实验。
2. 活细胞成像面临的光毒性挑战
2.1 光毒性与光漂白问题
在宽场显微镜和共聚焦显微镜中，激发光除了照射焦平面区域，还会同时照亮焦平面上下区域。
由此产生：
- 荧光漂白（Photobleaching）
- 光毒性（Phototoxicity）
- 样品应激反应
- 长时间观察能力下降
对于以下研究对象尤为明显：
- 类器官
- 干细胞
- 发育中的胚胎
- 长期培养细胞
- 光敏感模式生物
2.2 徕卡Viventis SCAPE的解决思路
徕卡显微系统（Leica Microsystems）Viventis SCAPE采用光片照明方式，仅激发当前成像平面：
传统成像方式 | 徕卡Viventis SCAPE |
激发整个观察体积 | 仅照射成像平面 |
非焦区域暴露 | 非焦区域基本不暴露 |
光毒性较高 | 光毒性显著降低 |
光漂白较明显 | 光漂白减少 |
长时间实验受限 | 支持长期观察 |
这种选择性平面照明策略特别适用于持续数小时甚至数天的长期实验。
3. 徕卡Viventis SCAPE成像工作流程
3.1 样品准备
徕卡Viventis SCAPE支持直接使用：
- 标准培养皿
- 多孔板
- 玻底培养皿
- 玻底载玻片
无需复杂包埋或特殊装样流程。
3.2 宽场预览定位
系统配置低倍率宽场成像模式：
- 快速定位样品
- 自动生成样品概览
- 识别目标区域
随后切换至SCAPE模式完成高速体成像。
3.3 SCAPE体成像采集
使用徕卡Viventis SCAPE：
- 光片照明激发样品
- 快速扫描倾斜光片
- 无需移动样品
- 获取完整三维体积数据
系统最高可实现快速体成像采集，并支持双通道同步成像及多通道快速序列采集。
4. 应用场景案例
4.1 活体秀丽隐杆线虫长期观察
研究人员利用徕卡Viventis SCAPE观察活体成年秀丽隐杆线虫排卵过程。
实验特点：
- 活体状态
- 肌动蛋白荧光标记
- 长时间延时拍摄
- 三维动态追踪
该应用展示了徕卡Viventis SCAPE在活体模式生物中的长期观察能力。
4.2 多孔板高通量细胞培养监测
在T47D细胞实验中：
- 超过500个视野
- 持续3.5天
- 每10分钟采集一次
荧光标记：
- LifeAct-RFP
- H2B-GFP
该案例体现了徕卡显微系统（Leica Microsystems）Viventis SCAPE在药物筛选和高通量研究中的应用价值。
4.3 hiPSC细胞分裂动态研究
研究人员利用徕卡Viventis SCAPE观察：
- hiPSC单层培养
- 细胞核标记
- 14小时连续拍摄
- 3分钟采样间隔
成像体积：
922 × 672 × 22 μm
用于研究细胞分裂与发育过程。
4.4 光敏感微生物长期追踪
盘基网柄菌（Dictyostelium）与大肠杆菌共培养实验：
- 连续观察48小时
- 采样间隔10秒
- 获取超过17000个体积数据
展示了徕卡Viventis SCAPE低光毒性成像对长期实验的重要意义。
5. 方案推荐
推荐产品
徕卡显微系统（Leica Microsystems）Viventis SCAPE纯光学高速体成像系统
核心特点：
- SCAPE单物镜光片技术
- 无需移动样品的高速体成像
- 低光毒性和低光漂白
- 支持标准培养皿和多孔板
- 兼容二维、三维及模型生物研究
- 长时间实时三维观察
适用领域：
- 细胞生物学
- 发育生物学
- 神经科学
- 类器官研究
- 药物筛选
- 干细胞研究
6. 结论
对于需要长期动态观察的生命科学研究，降低光毒性已经成为与成像速度、分辨率同等重要的技术指标。
徕卡显微系统（Leica Microsystems）Viventis SCAPE纯光学高速体成像系统通过SCAPE扫描共聚焦对准平面激发技术，仅照射成像平面，在保持高速三维采集能力的同时有效降低光毒性和光漂白。结合标准样品载体兼容性、高通量采集能力以及长期活体观察能力，徕卡Viventis SCAPE为活细胞、类器官、组织培养以及模式生物研究提供了一种面向长期动态过程解析的三维体成像方案。
