多模态和关联性显微镜之间的区别是什么？

本文讨论了多模态和关联性显微镜之间的区别以及它们各自的优势和劣势。
 

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显微镜的世界
自16世纪开发出第一台显微镜以来，显微镜领域已经取得了重大进展。今天，科学家们可以使用各种强大的成像方法，每种方法都有特殊的优点和缺点。多模态和关联性显微镜是两种这样复杂的显微镜技术。这些技术的目标和用途大不相同，尽管它们可能看起来很相似。

多模态显微镜
融合了各种成像方法的单一显微镜系统被称为多模态显微镜。通过这种方法，人们可以通过结合不同成像方式的优势，更深入、更准确地了解一个样品。最典型的搭配是将光学显微镜--光场、荧光或共聚焦显微镜，与电子显微镜--扫描或透射电子显微镜相结合。AFM（原子力显微镜）、拉曼光谱和X射线显微镜只是其他一些可能的组合。

多模式显微镜的主要好处是它能够提供几种成像技术的补充数据。虽然电子显微镜可以产生细胞结构的高分辨率图像，但光学显微镜可以使用荧光标记来识别细胞内特定分子的分布。通过整合这些模式，可以更好地了解样品的结构和功能。

然而，多模式显微镜有很大的缺点。一个需要改进的方面是需要专门的工具和知识来使用和跟上各种成像模式。此外，与单模显微镜相比，多模系统由于其复杂性，在设置和运行方面可能更具挑战性。

关联性显微镜
相关显微镜是一种研究单一样品的方法，其中包括许多成像技术的信息。相关显微镜通常需要为每种技术使用不同的显微镜，与多模态显微镜不同的是，多模态显微镜将许多成像模式结合到一个显微镜系统。用一种方式成像后，样品被移到不同的显微镜下进行额外的成像。这个过程可以进行无数次，这取决于有多少种不同的成像模式被采用。

相关显微镜的主要目的是结合许多成像模式的数据，以更好地了解一个样品。例如，研究人员可能首先利用荧光显微镜来观察细胞内的某些蛋白质，然后转到电子显微镜来观察细胞的超微结构。科学家可以通过对比这两种方法产生的图像来确定蛋白质和细胞结构之间的空间关系。

结合许多成像技术的优势来提供样品的全面视图是相关显微镜的关键优势之一。此外，由于数据是从同一个样品中收集的，因此可以直接比较和关联使用各种方式收集的数据。

然而，相关显微镜法也有一些困难。一个问题是必须在各种显微镜之间实际移动样品，这可能很耗时，并有可能损坏样品或引入伪影。此外，对准和叠加来自其他方式的图像可能是一个挑战，特别是如果它们使用各种对比技术或分辨率。相关显微镜也需要获得各种专业显微镜和如何使用它们的知识，就像多模态显微镜一样。

比较多模态显微镜和相关显微镜
总之，虽然多模态和相关显微镜都使用各种成像技术，但其目的和方法是不同的。多种成像方式旨在通过多模态显微镜整合到一个显微镜系统中，实现同时收集互补的数据。相比之下，相关显微镜侧重于合并来自各种显微镜的信息来调查一个样品，以直接比较和关联从多种方法收集的数据。

多模式显微镜实现的同步数据收集可以节省时间并减少样品损坏的机会，但它也可能需要更多的专业工具和知识。相反，相关显微镜允许灵活地结合来自几个显微镜的数据；然而，在不同的系统之间移动样品可能会耗费时间，并导致伪影的出现。

最后，目的和可用的资源将决定是否需要使用多模态或相关的显微镜。通过对其结构和功能进行更彻底和深入的了解，这两种策略都能大大改善我们对复杂生物系统的理解。随着技术的发展，检查微观世界的能力无疑会增加，这要归功于日益强大和多样化的显微镜技术的出现。

参考阅读：

Caplan, J., Niethammer, M., Taylor, R. M., et al. The power of correlative microscopy: multi-modal, multi-scale, multi-dimensional. Current Opinion in Structural Biology, 21(5), 686-693 (2011). https://doi.org/10.1016/j.sbi.2011.06.010

Pelicci, S., Furia, L., Pelicci, P. G., et al. Correlative Multi-Modal Microscopy: A Novel Pipeline for Optimizing Fluorescence Microscopy Resolutions in Biological Applications. Cells, 12(3), 354 (2023). https://doi.org/10.3390/cells12030354

https://www.port.ac.uk/node/645/the-correlative-and-multimodal-comic-microscopy-network

https://theses.hal.science/tel-01868852/

https://opg.optica.org/boe/fulltext.cfm?uri=boe-12-9-5452&id=456054

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23317905/

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnsyn.2016.00028/full

作者：Surbhi Jain

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