倒置 显微镜（Inverted Microscope）是一种专门设计用于观察培养皿、组织培养瓶等容器中样品的显微镜，广泛应用于细胞生物学、组织学、分子生物学、微生物学以及其他生物医学研究中。与传统的正置显微镜不同，倒置 显微镜的物镜位于样品的下方，而光源位于样品的上方。这种的设计使倒置 显微镜非常适合用于观察细胞培养、活体细胞和厚样品，特别是那些依赖液体环境进行生长的贴壁细胞和悬浮细胞。

倒置显微镜最早由荷兰物理学家**费尔纳尔斯·霍尔登（Frits Zernike）**于20世纪初设计，目的是解决正置显微镜在观察厚样品时的局限性。现代倒置 显微镜通过结合相差显微镜、荧光显微镜、微分干涉显微镜等多种功能，广泛应用于基础研究、医学、制药、生物技术等领域。

一、倒置 显微镜的工作原理

倒置 显微镜的主要工作原理与正置显微镜相同，都是通过光学系统将物体放大，但其设计结构与光路有所不同。倒置 显微镜的物镜安装在载物台下方，光源位于样品的上方，光线从样品上方透过样品传输至下方的物镜。通过这样的设计，用户可以在不影响样品液体环境（如细胞培养液）的情况下，直接观察底部贴壁生长的细胞。

倒置 显微镜主要通过以下几个光学步骤完成成像过程：

1. 光源照射：光源从上方向下照射样品，样品中的光线经过样品底部传入物镜。

2. 物镜放大：物镜首先对光线进行初步放大，形成放大的图像。

3. 目镜放大：目镜进一步放大物镜形成的图像，最终呈现给观察者。

4. 图像形成：最终成像可以通过目镜直接观察，也可以通过数码相机记录图像。

二、倒置 显微镜的主要结构与功能

倒置 显微镜的结构设计与正置显微镜有一定的差异，以下是倒置 显微镜的主要组成部分：

1. 目镜（Eyepiece）：

• 目镜用于进一步放大物镜形成的图像，常见放大倍数为10x或15x。

2. 物镜（Objective Lens）：

• 倒置 显微镜的物镜位于样品的下方，直接对样品进行成像。物镜的放大倍数通常为4x、10x、20x、40x以及100x。倒置 显微镜特别适合用于低倍至中倍放大倍率的观察。

3. 载物台（Stage）：

• 载物台是用于放置样品的区域，通常设计为大面积的平面台，适合放置培养皿、多孔板或组织培养瓶。载物台带有夹具或滑动平台，便于样品的移动和对焦。

4. 光源与照明系统：

• 倒置 显微镜通常使用LED或卤素灯作为光源，光线从样品的上方照射，透过样品进入物镜。倒置 显微镜的光源可调节亮度，以适应不同样品的观察需求。

5. 调焦旋钮（Focus Knob）：

• 调焦旋钮分为粗调和微调，粗调用于快速对焦，微调用于精确调整焦距，特别是在高倍观察时，微调对于图像的清晰度至关重要。

6. 相差装置（Phase Contrast Device）：

• 倒置 显微镜常配备相差观察装置，适用于无染色样本的观察，特别是细胞培养实验中，用于观察活细胞的轮廓和结构。

7. 荧光模块（Fluorescence Module）：

• 倒置 显微镜通常配备荧光模块，用于观察荧光标记的样本。荧光观察适合分子生物学、基因表达、蛋白质定位等实验。

8. 数字成像系统：

• 倒置显微镜可连接数码相机或CCD摄像头，通过成像软件实时捕捉和分析样本图像，记录细胞动态变化和实验结果。

三、倒置 显微镜的分类

根据应用场景和观察方式的不同，倒置 显微镜可以分为以下几种常见类型：

1. 明场倒置 显微镜（Bright-Field Inverted Microscope）

• 明场显微镜是最常见的倒置 显微镜类型，光线通过样品的透射光进行成像。它适合观察经过染色的细胞、组织切片以及透明度较高的悬浮细胞。明场显微镜的成像对比度低，适用于染色或透明样本。

2. 相差倒置显 微镜（Phase Contrast Inverted Microscope）

• 相差显微镜利用光的相位差原理，提高透明样本的对比度，尤其适合无染色的活体细胞或贴壁细胞的观察。相差显微镜能够清晰显示细胞的边界、细胞核和其他内部结构，广泛用于细胞培养、细胞分裂观察等实验。

3. 荧光倒置 显微镜（Fluorescence Inverted Microscope）

• 荧光显微镜通过激发样品中的荧光物质，使其发出特定波长的光来成像，适合用于观察特定分子或细胞内的荧光标记。荧光显微镜在分子生物学、基因表达研究、蛋白质标记等领域广泛应用。

4. 微分干涉倒置 显微镜（Differential Interference Contrast (DIC) Inverted Microscope）

• 微分干涉显微镜通过干涉光路增强样品的立体感和对比度，适合观察无染色的厚样品和透明细胞。DIC显微镜能够显示细胞的三维结构，广泛应用于生物样本、胚胎发育研究等领域。

四、倒置 显微镜的应用领域

倒置 显微镜在生物学、医学、制药等多个领域中有着广泛的应用，以下是常见的几个应用场景：

1. 细胞培养与观察

倒置 显微镜是细胞培养实验中工具，尤其适合观察贴壁细胞（如成纤维细胞、上皮细胞等）的生长、分裂和迁移过程。研究人员通过倒置 显微镜能够实时监测细胞的形态变化、增殖、凋亡和药物反应等。此外，悬浮细胞（如免疫细胞、血液细胞）也能通过倒置显 微镜进行观察和分析。

2. 药物筛选与毒性测试

在制药领域，倒置 显微镜用于高通量药物筛选实验，通过观察细胞对药物的反应来评估药物的效力和毒性。研究人员能够通过成像系统记录细胞在不同药物作用下的形态变化、增殖抑制、凋亡等，进一步优化药物研发。

3. 活体细胞成像

倒置 显微镜能够配合培养环境，进行长时间的活体细胞成像，适合细胞行为研究和动态变化的记录。通过环境控制模块（如温度、CO2等），研究人员可以维持细胞在显微镜下的正常生长条件，进行长时间的实时观察。

4. 胚胎发育与显微操作

在胚胎学研究中，倒置 显微镜广泛用于观察胚胎发育、细胞分裂和组织形成过程。倒置 显微镜的大视场和长工作距离使其适合胚胎操作和显微注射实验，例如在小鼠胚胎或斑马鱼胚胎中进行显微操纵和基因编辑。

5. 分子生物学与荧光成像

荧光倒置 显微镜是分子生物学实验中的核心工具，广泛应用于基因表达、蛋白质标记、信号传导等研究。通过荧光染料标记，研究人员可以精确定位细胞内特定分子或结构，观察它们的动态变化。

五、倒置 显微镜的使用步骤

以下是使用倒置 显微镜进行细胞观察的常规步骤：

1. 样本准备

将细胞或组织样本放置在培养皿、多孔板或组织培养瓶中，确保样本贴壁生长或分布均匀。

2. 安装样本

将准备好的样本放置在载物台上，并使用夹具固定样品。调节载物台的位置，使样本位于物镜的正下方。

3. 选择物镜

根据实验需要选择合适的物镜，通常可以从4x或10x开始观察整体结构，再切换到20x或40x观察细节。对于贴壁细胞，高倍物镜（如40x）适合用于观察细胞内部结构。

4. 调节光源与对焦

使用粗调焦旋钮将样本大致对焦，然后使用微调焦旋钮进行精细调节，直到图像清晰为止。调节光源亮度，确保样本照明均匀。

5. 观察与成像

在观察的过程中，可以根据需要切换不同的观察模式（如相差、荧光等）。通过数码相机或CCD设备拍摄图像，并通过成像软件进行数据处理和分析。

6. 关机与维护

实验结束后，关闭光源和显微镜电源。清洁物镜和其他光学元件，使用防尘罩保护显微镜，确保设备清洁和长时间稳定使用。

六、倒置 显微镜的优势与局限性

优势

1. 适合细胞培养：倒置设计使得细胞培养皿和多孔板能够直接放置，无需翻转样品，避免破坏细胞的培养环境。

2. 实时动态观察：可以长时间连续观察活体细胞，并通过成像设备记录细胞的动态变化。

3. 多功能集成：倒置  显微镜可以结合相差、荧光、DIC等多种观察模式，适应不同的实验需求。

4. 大工作距离：适合厚样品和三维组织的观察，尤其在胚胎学和显微操作中表现出色。

局限性

1. 高倍观察性能有限：与正置显微镜相比，倒置 显微镜在高倍观察时可能存在一定的局限性，特别是在100x物镜下的分辨率和清晰度方面。

2. 样品要求：由于物镜位于下方，样品需要在透明容器中进行观察，否则会影响光的透射。

七、未来发展趋势

随着显微镜技术的进步，倒置 显微镜在功能上不断扩展，以下是一些未来的发展趋势：

1. 超分辨率成像：随着超分辨率显微镜技术的发展，倒置 显微镜将能够突破光学衍射极限，实现纳米级别的细胞成像，进一步推动细胞和分子生物学的研究。

2. 智能自动化：随着人工智能和图像处理技术的发展，倒置 显微镜将逐渐实现自动对焦、样本识别和自动成像，提高实验效率和图像处理速度。

3. 多功能集成：未来的倒置 显微镜将更具灵活性和多功能性，如结合共聚焦显微镜、荧光显微镜、拉曼显微镜等多种功能，进一步提高实验数据的准确性和深度。

总结

倒置 显微镜凭借其的结构设计和多功能扩展性，成为细胞生物学、组织学、药物筛选等领域的工具。它能够实现活体细胞的长时间动态观察，并通过结合荧光和相差等技术，帮助研究人员深入了解细胞内部结构和行为。随着显微技术的不断发展，倒置 显微镜将在生命科学研究中发挥越来越重要的作用。