显微温度控制器在生物医学领域中的应用

在处理生物样本时，大多数情况下需要研究温度这一变量对研究目标的影响，所以，选择精准、易操作的温度控制器十分重要，然而传统的加热仪器在对样品加热时热平衡的建立缓慢，容易产生温度梯度，并对成像分辨率造成影响，因而需要购买物镜加热器等多个设备以实现稳定的热平衡状态以及减小对成像分辨率的影响，为实验带来诸多不便。

基于以上问题，Interherence公司推出了用于超分辨显微镜中精确控制样品温度的VAHEAT显微温度控制器VAHEAT显微温度控制器可实现对温度的精准控制并对超分辨率成像不产生影响。除此之外，与传统的温度加热仪器相比，VAHEAT显微温度控制器具有结构紧凑、与各类显微镜兼容、多种加热模式的优良特性。VAHEAT显微温度控制器有两种智能基板，基底是玻璃制成的，带有储液器的凹槽是由与生物细胞具有相容性的硅树脂制成的，符合大多数细胞的培养。

图 1：VAHEAT显微温度控制器无需进一步修改即可安装在显微镜上

 

图 2：a) VAHEAT 组件。该设备由智能基板 (1)显微镜适配器 (2)探头 (3) 控制单元 (4) 控制器

b) 智能基板（具有透明的纳米制造的加热元件和直接位于视野中的温度探头）

c) VAHEAT 设置为 60°C 时，Smart 基板的热图像显示整个区域均匀加热

目前VAHEAT温度控制器以实现了在活细胞成像、DNA结合和解离行为、微流控、生物大分子相分离以及神经科学等生物医学领域的应用：

(1)在活细胞成像的应用：VAHEAT实现了在生物成像过程中精确的温度控制，研究了细胞对温度响应的行为过程，例如多细胞肿瘤球体中的 Ca 2+活性或神经元的热刺激。

(2)DNA结合和解离行为的研究：双链 DNA 的熔点在 60°C 到 90°C 之间，具体取决于序列和链长度。使用VAHEAT可实现传统加热台无法实现升至高于解离熔点的 DNA 动力学研究。

(3)生物大分子相分离的应用：相分离与生物信号的传导、基因的表达、细胞物质运输等生命机制有重要关系。其中，在蛋白表达这一过程中，相分离的发生除了与蛋白本身的化学结构有关之外，还与蛋白分子的浓度、溶液PH、盐浓度以及温度有关。可靠的温度控制和精确的读数是定量研究的关键要素。VAHEAT温度控制器采用集成到智能基板中的温度探头不仅确保了可靠的测量条件，还能够感应薄层中的相变。

(4)神经科学领域的研究：细胞功能以及细胞间通讯取决于温度。尤其是神经科学实验严重依赖于对环境条件的精确控制，例如对突触功能、其可塑性以及动作电位传播的研究。VAHEAT可以实现在设定的温度下进行荧光标记实验以及膜片钳实验，而无需复杂笨重的孵化室。

图 3：使用 VAHEAT 对空间限制下 60°C 和 70°C 生长的嗜热细菌进行成像

图 4：使用 VAHEAT研究减数分裂过程中的染色体分离（酵母25- 37°C活细胞成像）

图 5：VAHEAT 用于单分子 TIRF 测量中的精确温度控制

（慕尼黑工业大学 Hendrik Dietz 的实验室用 DNA 折纸构建的大分子运输系统）

图 6：使用 VAHEAT 表征金纳米粒子扩散常数的温度依赖性

审核编辑：符乾江