膜片钳实验中显微镜载物台振动问题的原因及解决方案

{ 显微镜载物台振动问题 }

在组织切片中膜片钳制细胞时，在实验过程中能够看到样品的不同部分非常重要。这是找到要修补的细胞、重新定位刺激电极或药物应用移液器以及对正在记录的细胞的远端部分进行成像所必需的。这种移动可以通过在保持样品固定的同时移动显微镜来实现，也可以通过移动样品同时保持显微镜固定来实现。

从历史上看，保持样品固定并移动显微镜是很常见的。这是由于“针对切片电生理学优化”的显微镜中样品台的移动通常远非平稳，并且有振动的趋势。这种振动会导致现有的 高阻封接破裂并丢失记录。因此，过去通常为膜片钳装置选择第一个选项（移动显微镜、固定样品）。这确实是避免载物台振动的好方法，只要显微镜保持简单轻便即可。

随着显微镜的成像功能增加，移动显微镜变得越来越复杂。连接的相机、光源、液体光导等需要随显微镜移动，这可能会影响成像系统的性能。而且，移动重型显微镜往往会引起整个减振台的振动，包括固定的样品台。因此，显微镜固定且样品移动的膜片钳系统变得越来越普遍。为了确保与机械手一起移动样本不会干扰记录，平台移动平稳且无振动变得越来越重要。这种稳定的载物台是高效可靠的膜片钳装置的核心组成部分，将对实验的成功率产生重大影响。

{ 是什么让平台移动顺畅？ }

使用校准的 3D 加速度计测量的 Sensapex uMs-MXY 平台（蓝色）和行业标准参考产品（红色）测量的 5 mm/s 移动（黑色）的垂直振动比较。

防止载物台移动过程中的振动从载物台的中心开始： 运动生成本身必须平稳。电机、流道和轴承必须按照非常高的标准制造并适当张紧。甚至平台的驱动信号也有所贡献——平稳的加速和减速（而不是猛烈运动和猛烈停止）是关键。归根结底，如果不完全描述平台特征，这些方面几乎是不可能判断的。也就是说，大多数（如果不是全部）显微镜载物台制造商可能会认真完成这部分设计。

但是，即使载物台的核心运动是最佳的，振动仍然是可能的。这归结为基本物理学：膜片钳平台是一个倒摆：牢固地固定在光学平台上，顶板由相对较长的腿支撑，顶板上有相当大的重量。任何加速和减速都会导致该钟摆出现一些 “摇摆”（即振动）。摆锤还将拾取并可能增强电机线性运动产生的剩余振动。虽然这无法完全避免，但可以简化为完全可以忽略不计，并且对录制或成像没有影响。

{ 使载物台不易振动}

减少样品台在移动过程中的振动趋势建立在基本物理概念的基础上。首先要考虑的是，整个物台组件越硬，尤其是顶板和固定顶板的柱子或腿，物台顶部在移动过程中就越不容易受到振动。坚固的设计是关键。

将 uMs FXY 载物台顶板的刚度与铁轨进行比较。请注意不同的颜色缩放。

第二点同样明显：质心越低越好。因此，将所有沉重的核心部件，尤其是电机和导轨，保持在尽可能低的位置将是一个主要因素。这是物台设计中常见的妥协点。电机通常位于靠近顶板的位置，不必要地将质心向上移动。但是，平台质心的高度不仅仅由平台本身决定。安装在平台上的设备也将有所贡献。平台上最重的物体将是显微操纵器。理想情况下，这些应该很轻（每个 >1 kg 就好了），但也不应该不必要地高，以免进一步提高质心（距离载物台表面小于 100 毫米是一个很好的目标值）。

Time-domain”ring-down”comparision of uMs FXY VS.competitor

{ 总结 }

切片膜片钳实验越高级，在记录过程中移动样本就越有用。为了能够在不危及实验成功的情况下可靠地做到这一点，样品台的设计必须能够平稳移动，振动风险很小。这是通过以下方式实现的：
1、线性运动部件的良好设计和制造；
2、确保载物台，尤其是顶板安装，尽可能坚硬；
3、保持载物台的质心较低。