VAHEAT顯微鏡樣品溫度控制器典型應用及常見問題解答

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，無需對物鏡進行加熱，可對樣品進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，可實現(xiàn)動態(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，不會顯微鏡成像質(zhì)量產(chǎn)生影響，廣泛應用于生命科學和材料研究中對溫度敏感的過程相關研究。

圖1：VAHEAT顯微鏡樣品溫度控制器實物圖

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受熱的熱相機圖像，顯示了FOV內(nèi)的均勻加熱（比例尺= 5毫米）

一、VAHEAT典型應用案例

• 活細胞成像

生物對環(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。研究細胞行為的溫度敏感過程，如多細胞腫瘤球體中的Ca2+活性或神經(jīng)元的熱刺激從未如此容易。充分發(fā)揮VAHEAT作為微舞臺頂 級孵化器的能力。

• DNA

根據(jù)序列和鏈長不同，雙鏈DNA的熔點可在60°C至90°C之間。使用高分辨率顯微鏡觀察靠近熔點甚至高于熔點的DNA動力學，在傳統(tǒng)的加熱階段尚不可能。VAHEAT為從光學角度研究DNA及其結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，不需要昂貴和笨重的設備就可以在現(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)膜等復雜環(huán)境中的擴散對溫度高度敏感?？煽康臏囟瓤刂坪途?確的讀數(shù)是定量研究的關鍵因素。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

細胞功能以及細胞間的通訊都依賴于溫度。特別是神經(jīng)科學實驗非常依賴于對環(huán)境條件的精 確和準 確的控制，例如對突觸功能、其可塑性或動作電位傳播的研究。在這里，VAHEAT提供了一個出色的解決方案，在用戶定義的溫度下進行基于熒光甚至膜片鉗的實驗，而不需要龐大的孵育室。

• 原子力顯微鏡

原子力顯微鏡(AFM)不僅對小的熱漂移或振動高度敏感，而且對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。局部加熱機制避免任何熱漂移或波動，而全模擬電子電路設計降低電子噪聲到zui 低限度。采用DIRECT模式進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與其他加熱平臺有什么不同？

答：VAHEAT通過高度靈敏的反饋機制控制樣品體積（幾百微升）的溫度，從而最大限度地減少了注入光學裝置的熱能，同時追蹤和控制 FOV 中的溫度，無需擔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用。

3.如何放置、更換智能基板？

答：顯微鏡適配器有兩個可拆卸部件：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可適用于那些領域？

答：目前已成功應用于活細胞（如多細胞腫瘤球體中的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施、獨立研究小組和工業(yè)研究部門。更多的應用領域正在探究中。

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（標準范圍）或 500μm（擴展范圍）。標準范圍的智能基材針對高分辨率研究進行了優(yōu)化，如 #1.5 蓋玻片。

二、溫度控制

1.標準和擴展范圍版本之間的技術差異是什么？

答：標準范圍版本可以發(fā)出高達 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) 的智能基板運行，同時允許高達 5.0 W 的加熱功率。

2.可以將標準版的智能基板用在擴展版本上嗎？

答：可以，可以用與標準版本相同的方式操作擴展版本的VAHEAT系統(tǒng)。但是，標準版的智能基板不能在 100°C 以上運行，因為無法保證其在100°C 以上的溫度下正常工作。強烈建議在高溫下使用適當?shù)臄U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：對于沉積在VAHEAT智能基板上的薄膜，加熱速率可高達每秒100°C。對于液體，加熱速度高達每秒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)不具備主動冷卻功能。然而，根據(jù)附加的熱負荷以及環(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，冷卻速率可高達 40°C/s。

9.智能基板的溫度精度和準 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反饋回路進行控制。溫度可以保持恒定數(shù)小時到數(shù)天，精度高達0.01°C (rms)。同時，絕對溫度精度可達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備（例如物鏡加熱器）？

答：不需要，VAHEAT為獨立設備。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)對其進行調(diào)控。

11.是否有可用于遠程控制 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相應軟件進行控制。該軟件可設計溫度曲線或?qū)囟葦?shù)據(jù)傳輸?shù)奖镜赜嬎銠C。

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%?；逯Ъ茉试S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。對于大型液體浸漬物鏡，我們可提供相應的解決方案！

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時不會放氣。我們可提供相應需求的方案。

四、光學性能

1.對于 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：一點也不。VAHEAT不會改變您的入射角，因為注入您的光學系統(tǒng)的熱負荷保持最小。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：這些設備需要加熱物鏡。這會在光學器件上引起應力和張力，從而惡化光學性能。

2.將 VAHEAT 與空氣物鏡一起使用時，光學性能會受到怎樣的影響？

答：從內(nèi)部測量我們可以得出結論，樣品加熱對圖像質(zhì)量沒有影響，因此對室溫和 100 °C 之間的溫度的點擴散函數(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可能的最高溫度是多少？

答：我們結合高 NA 物鏡 (NA>1.4) 在油浸溫度高達 100 °C 的條件下測試了VAHEAT。不建議超過此溫度，因為物鏡可能會損壞并且浸油會開始分解。

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。請避免使用強酸或強堿。基材與清潔劑接觸的時間不應超過 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該表面進行化學功能化。

5.凹槽可以密封防止蒸發(fā)嗎？

答：可以根據(jù)要求由一個小玻璃載玻片覆蓋。

6.兩種基板是否與細胞相容？

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)，因為它會侵蝕智能基材并降低其功能。

六、其他

1.可以在實驗室評估系統(tǒng)性能嗎？可以提供測試服務嗎？

答：可以，我們提供為期五個工作日的測試，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。

上海昊量光電作為德國Interherence公司在中國的代理商，可提供專業(yè)的技術服務.

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