图1：生物膜与微结构界面的粘附。左图)仿生膜(囊泡)粘附示意图到微结构基底上，模拟与有限数量结合位点的粘附。中间)接触面积是通过干涉技术RICM进行可视化的。右侧)检测到的干涉强度 I_int 被转换为纳米级分辨率的膜形貌。图像来自[1-3]。
背景
科妮莉亚·蒙泽尔教授的研究小组旨在理解物理和生物机制的相互作用，这些机制产生了用于诊断和治疗的相关细胞功能。为此，他们利用无标记和荧光方法来研究膜波动动力学和细胞信号通路。
Monzel教授团队使用的一种技术是无标记反射干涉对比显微镜(RICM)，用于观察膜相互作用的动力学[1-3]。该技术通过观察微结构界面上的光反射，获取膜波动的快速记录(10毫秒)，并将生物膜的干涉强度图样重建为二维高度剖面，如图所示图1膜的形貌及其动力学提供了关于调控粘附的相互作用强度和类型的信息。
Monzel教授团队的另一个研究兴趣是成像涉及细胞凋亡(程序性细胞死亡)的细胞信号通路动力学。为此，他们对正在经历凋亡的活细胞进行时间序列成像，一旦质膜上的CD95受体被CD95配体激活。该团队证明了凋亡过程涉及CD95受体的聚集，如图所示图2该团队正试图解析信号激活如何依赖于受体数量和积累状态，以及信号通路中其他分子的动态变化，这些最终都会导致细胞凋亡。
图2：CD95激活和积累触发细胞凋亡。左)CD95受体被CD95配体激活的示意图。mEGFP荧光蛋白基因融合到受体的细胞质结构域。右)CD95积累的时间动力学，随后是使用Prime BSI拍摄，在荧光EGFP通道中监测细胞凋亡。
挑战
干涉显微镜和反射干涉对比显微镜(RICM)面临着一项挑战，即这些技术需要高对比度和高信噪比。同时，成像速度必须足够快，以便以10毫秒的分辨率记录膜动力学。
在进行时间序列成像时，需要记录大量细胞，以确保捕获到具有群体代表性的样本。此外，还需要高精度地获取荧光信号，以便对分子积累进行比率荧光分析。
“由于背照式技术和95%的量子效率[Prime BSI]，灵敏度和效率得到了大幅提升。”——科妮莉亚·蒙泽尔
解决方案
Monzel教授团队目前正在使用Teledyne Photometrics Prime BSI相机，用于获取仿生膜动力学的快速记录以及受体聚集的延时图像。
蒙泽尔教授告诉我们：“在过去的5年里，sCMOS技术取得了巨大的进步，特别是由于背照式技术和95%的量子效率，灵敏度和效率得到了大幅提升。”蒙泽尔教授接着说：“有了背照式技术，我们现在可以记录大量的团簇形成。我非常欣赏420万像素带来的大视野，因为它有利于在短时间内获取高统计数据。这里6.5微米的微小像素尺寸使得我们能够在较低的放大倍数下分辨出团簇。”
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