从看得见到做得到：让显微镜"养得住"，也"控得准"

活细胞从培养箱转移到显微镜载物台后，实验条件也随之发生变化。

从事活细胞实验的研究人员，可能遇到这些情况：

随着观察时间延长，培养液逐渐减少，细胞状态受到影响；

夜间启动的延时成像，后续图像因焦点漂移而变得模糊；

只希望照亮视野中的目标细胞，光照却覆盖了更大范围；

光刺激的起始时间、持续时长和强度需要准确设定，手动操作难以保证执行一致性。

前两类问题指向培养环境：如何让细胞在显微镜载物台上维持适宜状态。后两类问题则指向光照控制：如何让光按照实验方案作用于选定区域。

追光生物将这两种控制能力带入显微实验：OptoGrow^®维持活细胞观察所需的培养环境，OptoNeuroBot^®控制光照的位置、图形与时序，让显微实验从记录变化进一步走向主动干预与持续观察。

一、细胞一上显微镜就"状态下滑"，问题出在哪？

能维持细胞良好状态，依赖三个关键条件：温度、CO₂浓度和湿度。细胞离开培养箱，这三个条件便同时失去保障。

温度变化不仅会影响细胞代谢和生理状态，也会使载物台、培养容器和物镜等部件产生热漂移，进而造成焦点偏移，影响长时程成像的清晰度。

CO₂ 浓度控制着培养基的酸碱度，离开稳定的 CO₂ 浓度环境，pH 会逐渐偏移。湿度不够，培养液就会蒸发、变浓，细胞的生存环境随之恶化。

OptoGrow^®载物台式活细胞培养系统所要实现的，正是将培养箱里的这三样东西，搬到显微镜的载物台上。

OptoGrow^®的 CO₂混匀模块、气体加湿模块和培养模块

首先是温度。培养模块采用全方位加热方案，对各类培养容器均匀加热，细胞不会因为温差而状态波动。再给物镜搭配保温加热器，镜头自身不热胀冷缩，最大程度减少长时间实验中的失焦。

CO₂浓度与湿度同样得到控制：通过高精度 CO₂浓度控制，培养基的酸碱度始终保持稳定；主动式湿度控制系统让培养室始终维持充足湿度，培养液不易蒸发，避免培养基浓缩而影响细胞状态。

装到显微镜上，也不影响原有操作：底部预留大尺寸开口，不干扰物镜操作；顶板加热，防止结雾遮挡视野；各项参数在触摸屏上直接查看和设定。

载物台活细胞培养模块结构图（顶板加热器、培养容器、适配器、加湿水槽、样品温度传感器）

OptoGrow^®具备出色的适配能力，可兼容主流培养皿、腔室玻片、培养瓶及多孔板等多种培养容器。针对更复杂的实验需求，还可依据用户要求提供定制化扩展方案，如用于低氧 / 厌氧研究的低氧培养系统，以及支持观察过程中持续灌流、培养基更换与药物添加的灌流 - 加药系统。

由此，细胞迁移、增殖、分化、药物反应这类需要长时间持续观察的实验，即可全程在显微镜上完成，不用在培养箱和显微镜之间反复转移样品。

细胞已能在显微镜上稳定存活。但对另一类实验而言，这还不够，因为他们要控制的是光。

二、只想照亮一个细胞，为何难以实现？

常规显微照明主要服务于成像，通常强调视野内照明的均匀性与成像稳定性。但在光遗传学、局部光刺激和光固化等实验中，光不再只是照明条件，而是作为可控的刺激、操控或加工输入，直接参与实验过程。光照区域、起始时间、持续时长与光强均需根据实验方案设定，并通过程序化控制提高实验执行的一致性。

要实现上述控制，关键是将可编程的图案化照明引入显微光路，让光按照预设的空间图形和时序作用于选定区域。OptoNeuroBot^®结构光投影系统正是围绕这一需求设计：系统采用数字微镜器件（Digital Micromirror Device，DMD）投影技术，集成 1920×1080 个像素，每个像素均为一面可独立偏转的微镜，决定对应像元的亮暗状态。它兼容主流正置、倒置显微镜和第三方相机，标配 TTL 接口，可以和膜片钳、双光子显微镜等设备同步工作。

OptoNeuroBot^®不承担成像功能，仅负责将光投射至样品，观察与记录仍由显微镜和相机完成。借助该系统，光照图案可按实验设计 "绘制"：在 NeuroMind™软件中绘制光斑、编辑图形乃至制作动态图案，投射至样品后即形成对应的光照模式；光照的起始时间、持续时长与强度均可精确设定。

NeuroMind™软件界面

图案的空间分辨率可达亚细胞水平，仅照亮目标细胞的特定区域；亦可同时绘制多个区域，实现多个任意形状、任意大小的感兴趣区域（Multi-ROI）同步照明、独立控制。

光照波长同样可依据实验需求灵活选择。不同光敏蛋白与光敏材料所需波长各异，OptoNeuroBot^®提供红光、绿光、蓝光及紫外光四种光源可选；其中 OptoNeuroBot^®100标配一种光源，OptoNeuroBot^®300则支持选配三种。

OptoNeuroBot^®100和OptoNeuroBot^®300

这样的光，在实验里能做什么呢？按光作用的对象，大致可以分成两类。

一类是调控细胞。

光遗传学是其中最典型的例子。在特定神经元里表达光敏蛋白，就像给细胞装上一个光控开关：光照到的细胞被激活或抑制，周围没照到的基本不受影响。

结构光让这个开关用得更精细。光斑可以只落在一个神经元的胞体或一段突起上；视野里的多个神经元，也能同时、分别控制。配合成像或膜片钳记录反应，就能研究它们在神经环路里怎样相互影响。

同样的思路也能用到细胞内部，比如光控蛋白质相分离：只照亮细胞里的一小块区域，观察蛋白“液滴”在哪儿形成、又怎样散开。

另一类是构建结构。

光固化材料在受照区域发生光聚合交联并固化成形，光由此成为可直接进行微结构加工的 "打印笔"。结构图案在软件中设计完成后即可投射至材料表面，无需制备物理掩膜；当结构的形状、尺寸或空间排布需要调整时，仅需修改图案设计并重新投射，即可快速完成迭代。

基于这一能力，研究者可以在显微镜下直接构建细胞培养所需的微结构。以紫外光在基底上打印微孔阵列，可限定细胞的黏附位置与空间分布：在 4 倍物镜下完成圆孔微结构打印后，细胞接种于未打印的微孔区域，培养 2 天后可在 20 倍物镜下观察到细胞在微孔内贴壁增殖。这类结构可用于构建细胞立体培养体系，也适用于研究几何约束对细胞形态与增殖的影响。在材料研究中，还可以先将微珠等微元件组装成特定排布，再以光固化水凝胶原位固定，保存所需的拓扑微图案。

在更前沿的研究里，局部光刺激还被用来引导细胞迁移的方向、改变组织的形态。