醫學研究部 孫芸鈺小姐  

一、前言

活細胞影像技術於生物醫學研究的應用與需求與日俱增，相較於觀察特定時間點或特定狀態下的固定式樣本，記錄整個事件的動態變化過程更易從中獲得研究標的之因果脈絡資訊。由於活細胞的生物變化反應常常於極短的時間內發生，因而此類影像對於影像擷取速度有著相當的需求，隨著今日高感度感測器不斷精進，感測器影像擷取速度已可達200fps左右，雖然結合wide field microscope便可進行活細胞影像快速擷取，然而所擷取之影像包含強烈的非對焦面光線及背景，影像常有模糊不清、解析度不佳之問題。Laser Scanning Confocal Microscope雖有良好之影像解析度表現，但其影像擷取速度較慢，不利於快速變化事件之影像擷取，轉盤式共軛焦顯微鏡的出現為活細胞影像擷取提供了另一個選擇。

二、原理簡介

西元1884年德國發明家Paul Nipkow發明Nipkow disc，最初並非為顯微鏡而設，之後由其他科學家將此設計導入顯微影像系統並經多次改良才成為今日之Spinning Disc Confocal Microscope，其成像概念原理與Laser Scanning Confocal Microscope相同，均是利用pinhole來排除非對焦面光線干擾，對樣本進行影像掃描，不同的是Laser Scanning Confocal Microscope係以單一pinhole對樣本進行逐點式掃描，而Spinning Disc Confocal Microscope則是同時以多個pinhole對樣本進行多點掃描。Spinning Disc Confocal Microscope掃描模組基本結構如圖(一)，Nipkow disc是一個具有成千上萬個pinhole的圓盤，圓盤上的pinhole依特定模式排列，激發光源進入掃描模組後會先通過Nipkow disc上的pinhole，形成許多的激發光源小光束，這些小光束穿過物鏡激發樣本，樣本受激所發散出的螢光會被物鏡所收集，收集之螢光穿過Nipkow disc後通過螢光濾片，最後傳至目鏡觀察或送至感測器進行影像接收。成像過程中Nipkow disc會高速旋轉使得pinhole位移，如此便可對樣本進行掃描以獲取完整影像。Spinning Disc Confocal Microscope依其設計，有的Nipkow disc轉速可高達10,000 rpm，搭配高感度CCD或SCMOS相機便可進行高速影像擷取。

圖(一)

由於Spinning Disc Confocal Microscope成像是以pinhole為基礎，排除了來自非對焦面光線的干擾，影像解析度因而提昇，並且可對樣本建立optical section，進行3D立體結構重建，重塑樣本形貌，配合高感度感測器，即可獲得高解析度活細胞立體動態變化影像。加以Spinning Disc Confocal Microscope的photobleaching情形較輕微，因而相當適於進行活細胞影像拍攝。本院顯微影像核心設施目前雖無配置Spinning Disc Confocal Microscope，但台大醫學校區第一共同研究室置有一台，該系統由技術人員專責操作，歡迎有相關需求之同仁前往洽詢使用。

參考資料：

1. http://www.andor.com/learning-academy/spinning-disk-confocal-a-technical-overview

2. http://zeiss-campus.magnet.fsu.edu/articles/spinningdisk/introduction.html

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