自主搭建共聚焦显微成像系统：基于Prior OpenStand模块化显微镜，成本远低于成品整机的方案

共聚焦成像技术可克服传统光学显微镜分辨率受限、厚样品难以成像及光毒性等局限，实现高分辨率光学切片观察与三维重建。但整套共聚焦自动对焦模块系统价格高昂，许多科研团队难以承担。基于Prior OpenStand模块化显微镜，搭配CrestOptics CICERO转盘共聚焦模块及显微镜自动化组件，可构建高性价比自动化共聚焦显微镜方案，以模块化组件升级现有电动显微镜载物台，成本远低于全新整机自动化成像系统，并支持压电Z轴和Lumencor SPECTRA Light Engine(八通道LED光源)，ZIVA Light Engine(四通道激光光源)激光自动对焦系统等扩展配置。

一、共聚焦成像技术背景

传统宽场显微镜在成像时，焦平面上下的团会同时被激发，导致图像模糊、对比度下降，且难以对厚样品进行有效观察。共聚焦显微镜技术通过在检测端设置针孔（pinhole），阻挡焦平面以外的杂散光，仅收集焦平面处的信号，从根本上解决了上述问题。

然而，传统的激光扫描共聚焦显微镜（LSCM）结构复杂、价格昂贵，且通常需要整机采购，令许多预算有限的实验室望而却步。如何在有限经费下获得高分辨率观察能力，成为科研人员普遍关注的问题。

二、模块化共聚焦系统搭建思路

一种经济实惠的方案是：以模块化显微镜为基础平台，通过搭配共聚焦单元、电动载物台、自动对焦模块、光源和相机等独立组件，自行搭建一套完整的共聚焦系统。这种方式无需购买昂贵的整机共聚焦产品，而是根据实际需求灵活选配组件，在保证成像性能的同时大幅降低投入成本。借助显微镜自动化控制，电动载物台、物镜转盘和对焦均可程序化操作，便于完成多视场拼接和长时间延时采集。

下文介绍一套基于Prior自动化成像系统——Scientific OpenStand-V显微镜框架搭建的转盘共聚焦系统。该系统整合了Prior Scientific在显微镜自动化领域的多款成熟产品，以及CrestOptics、CoolLED、Hamamatsu等厂商的组件，可作为实验室自行搭建共聚焦平台的参考方案。

三、核心组件配置

3.1模块化显微镜：Prior OpenStand-V

Prior OpenStand-V是一款倒置式模块化架构，为整套共聚焦搭建方案提供了硬件基础。其模块化设计意味着用户可以根据研究需求自由配置和升级，无需更换显微镜主体。OpenStand-V兼容Nikon、Evident（原Olympus）、Zeiss、Leica等主流厂商的模块化显微部件，用户可根据工作需要选择合适的物镜和光学系统，而不必在单一品牌体系内妥协。

在本方案中，OpenStand-V配备了电动XY载物台、激光自动对焦模块、电动物镜转盘和透射光照明。该平台还可进一步扩展压电Z轴台以实现精细调焦、增加滤光片轮和转塔以支持其他成像模式，或增设额外光路以满足多模态成像需求。对于开发新型成像技术的研究团队而言，OpenStand-V也是一个理想的原型验证平台，便于在商业化前进行技术测试和方法开发。

OpenStand-V示意图

3.2：电动XY载物台：ProScan H117

共聚焦采集通常需要对大尺寸样品进行扫描，并将多个视场拼接为完整图像，因此对电动显微镜载物台的定位精度、运动平稳性和长期稳定性有较高要求。在长时间延时成像（time-lapse）实验中，电动显微镜载物台的稳定性尤为关键。

Prior ProScan H117是专为倒置显微镜设计的电动XY载物台，采用1mm滚珠丝杠和400步电机驱动，兼顾高分辨率运动与结构稳定性。用户还可选配线性编码器，进一步提升长行程线性精度，这对于需要长时间连续采集的延时成像实验至关重要。

ProScan H117示意图

3.3：激光自动对焦系统：PureFocus850

在长时间或高通量共聚焦采集中，机械漂移和热变化会导致样品逐渐失焦，严重影响图像质量。激光自动对焦系统能够实时维持物镜与样品之间的距离，确保图像始终清晰。

Prior PureFocus850采用850nm红外激光作为检测光源，该波长位于共聚焦激发常用波段之外，不会对成像产生干扰。其内置二向色镜经过专门选型，可透过发射波长，同时将红外激光反射至检测光路。

PureFocus850能够实时监测并校正焦点位置，在长时间成像过程中保持一致的图像质量，适用于活细胞观察、高通量筛选等对焦点稳定性要求高的场景。

PureFocus850示意图

3.4：共聚焦模块：CrestOptics CICERO

CrestOptics CICERO是一款集成了宽场和转盘式共聚焦的紧凑型单元，兼容大多数正置和倒置显微镜，已在OpenStand-U和OpenStand-V平台上得到验证。CICERO支持宽光谱范围，可搭配激光或LED照明使用，用户可根据实验需求灵活选择激发光源和染料。

四、系统配置总览

下表汇总了本套共聚焦系统的核心组件及其关键参数：

五、可选扩展配置

上述系统可根据研究需求进一步扩展，以下介绍两种常用的升级选项。

5.1：压电Z轴对焦：Queensgate NanoScan系列

在共聚焦体积成像中，需要快速采集一系列Z轴切片（Z-stack），压电驱动的Z轴台凭借毫秒级的稳定时间，可显著提升Z-stack采集速度。Queensgate纳米定位压电Z轴台具备亚纳米级定位精度，确保光学切片锐利清晰；快速的步进-稳定时间在不牺牲图像质量的前提下加速Z轴采集。

Queensgate压电台采用闭环电容反馈传感器，提供高重复性运动和长期漂移稳定性，适用于活细胞成像、超分辨成像和定量三维重建等高要求技术。其紧凑的低剖面设计可便捷集成到现有显微镜平台中，不影响光路几何结构和样品操作空间。

其中，NanoScan SP Z系列样品定位台与Prior电动XY载物台（含H117）兼容，提供200 μm、400 μm、600 μm和800 μm四种闭环行程可选，分别对应型号为QGSP200/400/600/800；NanoScan OP系列压电物镜定位器则兼容大多数物镜，Zeiss/Leica/Nikon/Olympus或其他物镜端口均可适配，提供400 um和800 um两种行程选择，对应型号为QGOP400/800。

NanoScan SP Z纳米定位台示意图

5.2：激光光源：Lumencor ZIVA/SPECTRA固态光源

尽管LED光源在安全性和便利性方面具有优势，但在转盘共聚焦等光损耗型成像技术中，激光光源的高功率和高光谱纯度仍具有不可替代的价值。高功率激光可有效弥补针孔与微透镜盘造成的信号损失，缩短曝光时间；激光谱线窄、单色性好，激发特定荧光团时几乎无需额外的波长清洁滤光。针对这一需求，本方案可选配美国Lumencor 公司的ZIVA四通道激光光源或SPECTRA八通道LED光源（Light Engine）。

Lumencor是固态生物医学照明领域的知名厂商，其Light Engine系列将多路独立可控的固态发光元件集成于一台紧凑型桌面设备中，经内置带通滤光片纯化后合束至统一光路输出，具有即开即用、无需光路校准、寿命长和主动稳功等特点。

ZIVA Light Engine面向结构光照明显微（SIM）等超分辨成像及高速共聚焦应用，集成7路独立寻址的Class 四通道激光光源（另有4/5路的ZIVA quattro经济型配置），提供405、446、477、488、518、545、577、637、680、748 nm共 10 种波长按需选配，每路激光经100 μm芯径光纤远端输出功率约100 mW。输出端内置去斑器（despeckler）并以FC/PC接头光纤耦合，便于接入显微镜光路；支持100 μs TTL触发切换，内置主动功率控制反馈回路以维持长期输出稳定。

SPECTRA Light Engine采用LED、激光与 Lumencor专有发光光导管（luminescent light pipe）混合的8路固态光源架构，波长覆盖380–750nm（对应DAPI、CFP、GFP/FITC、YFP、Cy3、mCherry、Cy5、Cy7 等常用荧光通道），每个色带通过3 mm液芯光导管（LLG）输出功率约500 mW（±10%），相较前代产品YFP/Cy7激发输出提升5倍、GFP/Cy5 提升2倍。SPECTRA同样具备主动反馈稳功、10 μs TTL高速触发和板载命令库，可通过串口（RS-232/USB/TCP）、Web GUI或主流图像采集软件控制，输出端口适配标准3 mm液芯光导管或SMA 接头光纤。

两款光源外形尺寸均为145mm×340mm×203mm、重8.7kg，标配220W电源，提供一年保修，并支持OEM定制。对于需要高功率宽谱激发、多色荧光同时覆盖的常规共聚焦与多模态成像，SPECTRA八通道LED光源是更具性价比的选择；而对于需要窄线宽激光耦合、光纤输入及超分辨或高速活细胞成像的场景，ZIVA更为合适。二者均可与CrestOptics CICERO转盘共聚焦单元配合，替换或补充CoolLED LED 光源，构建从宽场到共聚焦、从常规到超分辨的灵活照明方案。

Lumencor ZIVA/SPECTRA固态光源示意图

可选扩展组件参数如下：

六、总结

以上介绍的模块化共聚焦系统展示了一种经济可行的技术路径：以Prior OpenStand-V模块化显微镜为基础，搭配CrestOptics CICERO转盘共聚焦单元、ProScan H117电动显微镜载物台、PureFocus850激光自动对焦系统、Lumencor ZIVA Light Engine /SPECTRA Light Engine固态光源和Hamamatsu Orca Flash 4.0相机，即可构建一套性能完备的共聚焦系统。该方案依托成熟的显微镜自动化技术，支持按需选配和逐步升级，实验室可根据经费情况和研究需求分阶段投入，并通过Queensgate压电台和Lumencor ZIVA/SPECTRA激光光源等扩展组件进一步提升自动化成像系统性能。

对于希望以有限预算获得共聚焦成像能力的研究团队而言，这种基于模块化组件的搭建方案提供了一种灵活且高性价比的选择。