实现CM20紧凑型设计的创新细胞观察技术
创新设备让细胞培养更加智能
奥林巴斯CM20细胞培养监控系统（图1）让您无需进入洁净室即可远程观察培养箱内细胞培养的健康状况。 其纤薄紧凑的设计适合大多数标准尺寸培养箱，因此无需准备特殊培养箱。 另外其还具备可放置和观察诸如多层细胞培养瓶等大型较高容器的平坦顶部表面。 为了实现这一紧凑型设计，我们开发出一种称为落射斜式照明的创新专利光学系统。
图1。 CM20细胞培养监控系统
设计紧凑型细胞培养监控器
可以观察整个容器的细胞培养监控设备往往尺寸很大，并在细胞培养箱内部占据相当大的空间。 这样就必须要准备特殊的环境或新的培养箱。
比如，观察非标细胞培养物的常规方法需要使用具有相衬或微分干涉对比功能的倒置显微镜。 该方法要求在两侧放置观察光学系统和照明光学系统，并将样品置于两者之间。 另外，操作阶段必须能够观察整个容器。 最终结果，系统庞大而且复杂（图2）。 其不但占用了培养箱的宝贵空间，还让清洁过程更加耗时。 奥林巴斯为此开发制造了一种能够节省细胞培养箱空间的紧凑、纤薄型设备。 并且还为之开发了一种新的观察方法：落射斜式照明。 |
图2. 用于细胞培养的倒置显微镜 |
落射斜式照明背后的技术
我们的落射斜式照明技术让观察透明样品成为可能，并且还可将细胞培养监控系统小型化（图3）。 该技术的独特之处在于倾斜照明利用了来自容器顶部（如，细胞培养瓶、孔盖或培养皿的顶部）的反射光。 其结果，观察光学系统和照明光学系统（包括光源）可以放置在设备内部。 这种设计消除了对使用支架的传统透射照明设备需求（图3），并让我们能够保持设备顶部表面平坦。 CM20设备是业界最薄的*细胞培养监控系统，厚度仅55毫米（2.16英寸）（不含容器架）。 其紧凑的尺寸让用户即便在有限空间内也可将其安装在现有培养箱中（图4）。
图3. 常规细胞培养显微镜（左）和CM20系统（右）的尺寸比较。 从侧视图可以清楚看到CM20系统与传统设置相比的紧凑程度。
图4. 细胞培养箱内部安装的CM20系统
设备配置以及所采集的图像
倾斜照明通常使用透射照明，但是我们的落射斜式照明则是从物镜一侧投射光线。 从物镜一侧光源发出的光线在容器顶部发生反射。 反射光以高于物镜光轴的角度进入样品，穿过样品的透射光通过物镜成像（图5）。 我们的CM20系统始终将物镜的入射角与样品的入射角对齐。 这样就创建了与倾斜照明相同的条件，让您能够轻松观察透明样品（如具有对比度的细胞）（图6）。
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图5. 落射斜式照明的配置（侧视图）
iPS细胞（无饲养层） |
MSC |
MEF细胞 |
图6. 使用落射斜式照明拍摄的图像
可兼容各种类型的容器
我们的新型照明光学器件可与各种容器兼容使用。 对于较高的容器，照明灯靠近外侧，对于较矮的容器，照明灯靠近内侧（图7）。 为了防止容器壁表面影响照明条件，光源安排在顶部和底部两个方向上。 在对容器上半部进行成像时从底部光源进行照明，而在对容器下半部进行成像时从顶部光源进行照明，这样就可以确保稳定的照明条件（图8）。
落射斜式照明的另一个优点是，由于使用了来自容器顶部的反射光，在堆叠多个容器时也可以进行观察。 此外，还可以使用大型容器（如多层细胞培养瓶）进行观察，从而解决了传统显微镜的常见难题（图9）。
图7. 照明光学器件可与高和矮容器兼容使用（侧视图）
图8. 对容器的下半部分成像
图9. 多个细胞培养容器堆叠在CM20监控器上
结论
奥林巴斯通过开发落射斜式照明成功设计出一种顶部平坦且可观察容器整个表面的紧凑型监控设备。 这一创新设计不但可以帮助提高细胞培养效率，同时还可以节省培养箱空间。
印刷精美： *根据奥林巴斯数据，截至2020年4月。
作者
Masaru Mizunaka
Scientific Solutions Product &Technology
Optical System Dev.,CRDM
Olympus Corporation
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