技术文章

VAHEAT显微镜样品温度控制器典型应用及常见问题解答

前言：

 如前文介绍，VAHEAT是一款精密显微镜专用温度控制单元，适配于市面上在售的各种显微镜。VAHEAT集加热探头与温度传感于一体，无需对物镜进行加热，可对样品进行快速且精确地温度控制，保持样品温度恒定。最 高温度100和200^oC可选，可实现动态温度控制、4种加热模式、最 高100^o/s加热速度，在加热过程中保持很高温度精度的同时，不会显微镜成像质量产生影响，广泛应用于生命科学和材料研究中对温度敏感的过程相关研究。

图1：VAHEAT显微镜样品温度控制器实物图

图2：a）VAHEAT各部件名称。（b)安装在显微镜上的VAHEAT，带有液体样品容器的智能基板版本

图3：VEAHEAT智能基板集成ITO薄膜加热元件和温度探头。b)基底与油浸物镜接触时受热的热相机图像，显示了FOV内的均匀加热（比例尺= 5毫米）

一、VAHEAT典型应用案例

• 活细胞成像

生物对环境条件的变化，尤其是温度的变化非常敏感。VAHEAT保证了传输和成像过程中可靠和精 确的温度控制。研究细胞行为的温度敏感过程，如多细胞肿瘤球体中的Ca2+活性或神经元的热刺激从未如此容易。充分发挥VAHEAT作为微舞台顶 级孵化器的能力。

• DNA

根据序列和链长不同，双链DNA的熔点可在60°C至90°C之间。使用高分辨率显微镜观察靠近熔点甚至高于熔点的DNA动力学，在传统的加热阶段尚不可能。VAHEAT为从光学角度研究DNA及其结合和分离行为提供了*的可能性。

• 微流控

VAHEAT本质上与微流体兼容。微流控室如PDMS模具可以直接安装在集成温度探头的智能基板上。这样就可以直接测量和调节注射液体的温度。由于系统的快速热响应，不需要昂贵和笨重的设备就可以在现场混合不同的、不受温度控制的液体。

• 相变

单纳米颗粒在脂质膜等复杂环境中的扩散对温度高度敏感。可靠的温度控制和精 确的读数是定量研究的关键因素。集成到智能衬底中的温度探头不仅确保了可靠的测量条件，甚至能够感知薄层中的相变。

•  神经科学

细胞功能以及细胞间的通讯都依赖于温度。特别是神经科学实验非常依赖于对环境条件的精 确和准 确的控制，例如对突触功能、其可塑性或动作电位传播的研究。在这里，VAHEAT提供了一个出色的解决方案，在用户定义的温度下进行基于荧光甚至膜片钳的实验，而不需要庞大的孵育室。

• 原子力显微镜

原子力显微镜(AFM)不仅对小的热漂移或振动高度敏感，而且对靠近悬臂的电势的轻微变化也非常敏感。VAHEAT满足了这些温度控制的高要求。局部加热机制避免任何热漂移或波动，而全模拟电子电路设计降低电子噪声到zui 低限度。采用DIRECT模式进一步降低样品体积中的电子噪声，并允许高  精 度AFM测量。

二、现场图片鉴赏

三、VAHEAT常见问题解答

一、常规问题

1.Substrate是什么？

答：Substrate可理解为一种具有特殊功能的盖玻片，集加热元件和高 灵敏度温度探头一体，且包含传感器，故称之为Smart Substrate（智能基板）。

2.VAHEAT与其他加热平台有什么不同？

答：VAHEAT通过高度灵敏的反馈机制控制样品体积（几百微升）的温度，从而最大限度地减少了注入光学装置的热能，同时追踪和控制 FOV 中的温度，无需担心温度梯度或热漂移。系统可ji 好地适用于高分辨率和超分辨率应用。

3.如何放置、更换智能基板？

答：显微镜适配器有两个可拆卸部件：75 x 25 毫米大小的板和磁性连接的连接器，电缆将两个部件与控制箱连接起来。从板上拆下连接器后，可以插入或更换智能基板。

4.VAHEAT可适用于那些领域？

答：目前已成功应用于活细胞（如多细胞肿瘤球体中的Ca2+活性或神经元的热刺激）、生物物理系统、薄膜、药物和聚合物的成像设施、独立研究小组和工业研究部门。更多的应用领域正在探究中。

5.智能基板的尺寸是多少？

答：智能基板为18 x 18 mm2，厚度为 170μm（标准范围）或 500μm（扩展范围）。标准范围的智能基材针对高分辨率研究进行了优化，如 #1.5 盖玻片。

二、温度控制

1.标准和扩展范围版本之间的技术差异是什么？

答：标准范围版本可以发出高达 2.5 W 的加热功率，并根据高 NA 浸没式显微镜物镜的要求使用 170 μm 厚度 (#1.5H) 的智能基板。高 温版本可以使用 500 μm 厚度 (#5) 的智能基板运行，同时允许高达 5.0 W 的加热功率。

2.可以将标准版的智能基板用在扩展版本上吗？

答：可以，可以用与标准版本相同的方式操作扩展版本的VAHEAT系统。但是，标准版的智能基板不能在 100°C 以上运行，因为无法保证其在100°C 以上的温度下正常工作。强烈建议在高温下使用适当的扩展版本智能基材。

4.加热区域的尺寸是多少？

答：加热区域的大小为 5 x 5 mm2。且加热元件由透明的导电材料制成。

5.样品体积是否均匀加热？

答：均匀加热。由于热导和温度反馈的特定组合，不仅可以保证均匀加热、恒温还可以精 确调节温度。

6.VAHEAT 的最 大加热速率是多少？

答：对于沉积在VAHEAT智能基板上的薄膜，加热速率可高达每秒100°C。对于液体，加热速度高达每秒40 °C。

7.VAHEAT 的最 小加热速率是多少？

答：可以任意调节升温速度。这主要取决于温度稳定性的需求。加热速率低至 0.1°C/h 是可编程的。

8.VAHEAT 的冷却速度是多少？

答：目前，VAHEAT系统不具备主动冷却功能。然而，根据附加的热负荷以及环境温度和样品之间的温差，冷却可以和加热一样快。在研究薄膜时，冷却速率可高达 40°C/s。

9.智能基板的温度精度和准 确度是多少？

答：智能基板上的温度通过加热元件和 FOV 中传感器之间的主动反馈回路进行控制。温度可以保持恒定数小时到数天，精度高达0.01°C (rms)。同时，绝对温度精度可达0.1°C 的高精度智能基板。

10.VAHEAT 系统是否需要其他附加设备（例如物镜加热器）？

答：不需要，VAHEAT为独立设备。温度控制不需要额外的组件。集成的智能反馈系统可检测温度的任何微小变化并在几秒钟内对其进行调控。

11.是否有可用于远程控制 VAHEAT系统的软件？

答：有，VAHEAT的功能控制单元可通过Windows、Mac OS和Linux相应软件进行控制。该软件可设计温度曲线或将温度数据传输到本地计算机。

三、兼容性

1.VAHEAT 是否与倒置显微镜兼容？

答：是兼容的！智能基板具有传统盖玻片的*尺寸，厚度为 170μm (#1.5 H)，非常适合高分辨率研究。集成在智能基板中的加热元件是透明的，可见光谱范围内的透射率超过 90%。基板支架允许尽可能靠近高数值孔径浸没物镜。

2.VAHEAT 是否与正置显微镜兼容？

答：是的！基板的尺寸为18×18mm2，有效尺寸接近16×18mm2的区域。显微镜适配器的厚度为 2.5 毫米。对于大型液体浸渍物镜，我们可提供相应的解决方案！

3.我可以在真空室内使用 VAHEAT 吗？

答：是的！VAHEAT与真空室兼容。但可能需要特定的电缆馈通装置，但在真空室内操作VAHEAT时不会放气。我们可提供相应需求的方案。

四、光学性能

1.对于 TIRF 显微镜：在样品中产生渐逝场的激光束的角度如何受到 VAHEAT 的影响？

答：一点也不。VAHEAT不会改变您的入射角，因为注入您的光学系统的热负荷保持最小。简而言之：您只需加热样品。这样，您的成像系统的光学性能受温度变化的影响很小。这与传统阶段培养箱不同：这些设备需要加热物镜。这会在光学器件上引起应力和张力，从而恶化光学性能。

2.将 VAHEAT 与空气物镜一起使用时，光学性能会受到怎样的影响？

答：从内部测量我们可以得出结论，样品加热对图像质量没有影响，因此对室温和 100 °C 之间的温度的点扩散函数 (PSF) 没有影响。

3.玻璃基板的折射率是多少？

答：在 500 nm 波长下，玻璃基板的折射率为 n=1.52。

4.使用油浸物镜工作时可能的最高温度是多少？

答：我们结合高 NA 物镜 (NA>1.4) 在油浸温度高达 100 °C 的条件下测试了VAHEAT。不建议超过此温度，因为物镜可能会损坏并且浸油会开始分解。

五、智能基板

1.如何清洁我的智能基板？

答：您可以使用乙醇、异丙醇或丙酮等有机溶剂清洁智能基板。您也可以使用 pH 值中性的清洁剂（例如 Extran 或 Hellmanex）。智能基板可承受超声波清洗和氧等离子体处理。请避免使用强酸或强碱。基材与清洁剂接触的时间不应超过 30 分钟。

2.可以清洁带有凹槽的智能基板吗？

答：是的！它们的清洁方式与平面智能基板相同。除此之外，可以使用酸或碱来清洁容器容积（例如 5% HCl）。

3.可以将智能基板放入高压灭菌器中吗？

答：不能！请避免将智能基板放入高压灭菌器中。可以使用氧等离子体处理、伽马射线灭菌或简单地使用乙醇或异丙醇来消除污染

4.可以用 L-赖氨酸等化学功能化智能基材的表面吗？

答：可以！基板表面材质是玻璃。可以按照用于功能化盖玻片的方式对该表面进行化学功能化。

5.凹槽可以密封防止蒸发吗？

答：可以根据要求由一个小玻璃载玻片覆盖。

6.两种基板是否与细胞相容？

答：相容，普通基板的材质是玻璃。带有凹槽的基板由广泛用于微流体并且zhong所zhou知具有生物相容性的硅树脂制成。

7.带有凹槽的基板的容积是多少？

答：600 微升。

8.哪些浸入式介质与智能基材兼容？

答：推荐油基和水基浸渍介质。请避免使用甘油作为浸渍介质，因为它会侵蚀智能基材并降低其功能。

六、其他

1.可以在实验室评估系统性能吗？可以提供测试服务吗？

答：可以，我们提供为期五个工作日的测试，请与我们联系！

2. 如何清洁和消毒显微镜适配器/基板支架？

答：显微镜适配器的清洁方式与智能基板相同。

上海昊量光电作为德国Interherence公司在中国的代理商，可提供专业的技术服务.

关于昊量光电

昊量光电  您的光电超市！

上海昊量光电设备有限公司致 力于引进国 外先 jin性与创 新性的光电技术与可 靠产品！与来自美国、欧洲、日本等众多zhi名光电产品制造商建立了紧 密的合作关系。代理品牌均处于相关领域的发展前沿，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、精 密光学元件等，所涉足的领域涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国 防及前沿的细分市场比如为量子光学、生物显微、物联传感、精 密加工、先 进激光制造等。

我们的技术支持团队可以为国内前沿科研与工业领域提 供完 整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等优 质服务，助力中国智 造与中国创 造! 为客户提 供适合的产品和提 供完 善的服务是我们始终秉承的理念！