激光掃描共聚焦顯微鏡技術在醫(yī)學院校創(chuàng)新型實驗教學中的應用

鄭易，樓永良

（溫州醫(yī)科大學 檢驗醫(yī)學院 生命科學學院 檢驗醫(yī)學教育部重點實驗室，浙江 溫州 325035）

醫(yī)學院校承擔著培養(yǎng)高素質醫(yī)學研究人才的重擔，而培養(yǎng)創(chuàng)新型科研人才，促進醫(yī)學事業(yè)的發(fā)展，必須依靠先進的科學實驗技術[1]。激光掃描共聚焦顯微鏡（laser scanning confocal microscope，LSCM）是近四五十年間快速發(fā)展的一項形態(tài)學顯微分析技術，是以不同波段的激光作為激發(fā)光源，可以對組織或細胞進行不間斷的光學切片拍攝，還能對活細胞或模式生物進行動態(tài)觀察，實現(xiàn)單色、多色熒光通道實時成像，且光毒性較低[2-3]。近些年，LSCM已經(jīng)廣泛應用于基礎醫(yī)學、毒理學、藥理學、發(fā)育生物學、分子生物學和生物材料學等科研領 域[4-5]。此類技術性課程在實驗教學中的不斷推廣，一方面極大地促進了當前醫(yī)學院校高等教育模式的改革與發(fā)展，另一方面也讓大型儀器在滿足科學研究的同時，充分發(fā)揮其在高校實驗教學中的作用，推動大型儀器設備的共享應用，不斷提高學生的創(chuàng)新和實踐操作能力。筆者針對大型儀器技術支撐實驗教學的要求，以LSCM技術在本校實驗教學中的應用做一探討。

1 LSCM在實驗教學中的應用現(xiàn)狀

近年來，隨著科技的進步和發(fā)展，國家對高等學校的大型儀器的購置額度不斷提升。LSCM作為大型儀器的一員，其本身價格昂貴，操作復雜，耗材消耗較大，使用及維護成本較高，一般各學院的科研平臺只配備一臺，且較多用于科研實驗，并采取專人專管制度，學生自主上機時間較少，普及性和開放性具有一定的局限。如本平臺LSCM實驗室每年用于學院內部科研和附屬醫(yī)院間合作的使用機時近1 000 h，但是其中開放學生實驗教學機時只有不到50 h。各大高校普遍重視LSCM高新功能和科研應用領域的開發(fā)，對教學應用關注度不高，且本科的實驗教學基本也是采取示范性演示實驗為主，學生完全沒有動手操作的機會，這極大地妨礙此項技術在實驗教學中的開展和應用，對學生的實踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)極為不利。

2 探索新的實驗教學模式

為了響應教育部大力倡導各地方高校推進國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃，力爭建好創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)示范高校，創(chuàng)新人才的培養(yǎng)已經(jīng)成為各高校提高教學質量和改革工程的重要組成部分。而教育部出臺的新文件明確要求高校為參與項目的學生提供技術、場地、實驗設備等條件支持和創(chuàng)業(yè)孵化服務[6]。LSCM是形態(tài)學成像的第一把手，為能更好地將此先進儀器應用于實驗教學中去，拓展和提高學生的創(chuàng)新實踐能力，我們對本科生及研究生相應課程進行一定的設計和優(yōu)化，開展創(chuàng)新型實踐教學，旨在培養(yǎng)學生對此技術理論、操作和應用能力的有效結合。

2.1 優(yōu)化實驗教學內容和方法 LSCM的實驗教學一般分為理論部分和上機部分。醫(yī)學本科生的教學中，課堂上更多采用PPT講解和實驗室現(xiàn)場示教相結合?，F(xiàn)場教學借助多媒體技術，將實驗過程動態(tài)化，并利用各種小程序和App通過手機或平板操作實現(xiàn)體驗的樂趣；另一方面，共聚焦結果能將圖、文、聲等因素有機結合在一起，把抽象的理論通過3D重構、flash、movie等手段直觀并生動地表現(xiàn)出來，使學生更容易獲得所需的知識[7]。為了保證教學質量，上機部分以小組為單位，每組人員不超過10人。不同的小組隨機選取不同的實驗標本，在教師指導下選擇性地進行觀察拍攝。從培養(yǎng)醫(yī)學研究生層面來說，實驗教學的課堂更多是在實驗室，我們通過每學期舉辦LSCM技術培訓和推廣講座，并形成定期考核制，讓學生在掌握基本操作方法的前提下，在一定時間內輪流上機，接觸不同的實驗類型，在實驗操作中針對性地解決碰到的問題，把教學完全融入到每一次實際實驗中。后續(xù)考核合格后成為助教，做到自主上機，并能有效利用8 h工作制外的其余時間，充分發(fā)揮LSCM的有效使用時間。另外，考慮到LSCM臺數(shù)有限，我們也積極利用現(xiàn)今熱門的虛擬仿真技術，打造LSCM虛擬仿真實驗室，讓更多的學生可以通過先進的網(wǎng)絡環(huán)境，了解這一技術的優(yōu)勢和應用領域。LSCM技術是一個最終需要脫離課本，運用到科研實踐中去的教學過程，怎樣去繁就簡地讓學生明白原理和結構，了解基本的理論知識，使理論和實踐相結合，是重中之重[8]。

2.2 開展創(chuàng)新型實踐教學新模式 隨著教學改革的不斷深入，為了適應不同層次和專業(yè)的學生實際需求，我們查閱大量的資料并結合醫(yī)學背景，開展創(chuàng)新型實踐教學新模式。醫(yī)學院校的創(chuàng)新型實踐教學一般涉及較多知識點，涵蓋技術類型和知識面都較廣，除基本的細胞培養(yǎng)、組織切片制作和免疫熒光染色技能外，還要有扎實的細胞生物學、分子生物學和免疫學等相關知識基礎，所以一般面向研究生或本科畢業(yè)設計的學生開放申請。此教學模式針對每個申請LSCM實驗的不同研究方向，指導學生查閱相關文獻，鼓勵學生積極創(chuàng)新實驗方法，經(jīng)教師確定可行性后，開展實驗標本的制備和實驗條件的摸索。以學生動手為主，教師教學為輔，分段指導貫穿整個實驗環(huán)節(jié)，將教學無形地融入到實驗之中，讓學生在尋找“為什么”中逐步明白儀器的原理、使用方法和應用領域。同時還可以鍛煉學生綜合設計實驗和解決問題的能力，從而更好地掌握這門技術，應用這門技術，以便今后能更好地開展課題研究。

總結近5年以LSCM為技術支撐的創(chuàng)新型實踐教學，除基本的用于觀察細胞形態(tài)和線粒體、溶酶體、內質網(wǎng)等亞細胞結構的多色熒光通道XY-2D圖像拍攝外，還有多色熒光通道XYZ-3D重構、細胞內鈣離子動態(tài)分析和基于活細胞工作站的長時間實時觀測等方面的實驗。實驗標本也是從細胞到細菌，從植物到動物，還有臨床病例標本乃至模式生物，涵蓋面極廣。這種創(chuàng)新型實踐教學模式以學生為主體，根據(jù)課題研究方向和實驗情況確定教學方式和實驗內容，極大地增強了學生的實驗興趣，提高了學生的參與度，鍛煉了學生的動手能力。

3 推動大型儀器共享應用

大型儀器設備作為高?？蒲兴降囊粋€體現(xiàn)，無論是在學科建設還是科技創(chuàng)新方面，都能給予極大的技術支持。LSCM是學校大型儀器設備中不可或缺的重要部分，結合流式細胞儀、高效液相質譜等其他大型儀器資源，在服務好科研工作的同時，積極參與“雙創(chuàng)”活動。年均參與指導各類科學科技競賽超100人次，承擔國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目、全國大學生生命科學競賽項目及浙江省大學生新苗人才計劃項目近30余項。學生每年在“挑戰(zhàn)杯”“互聯(lián)網(wǎng)+”和省部級各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽中屢獲佳績，同時發(fā)表研究性論文10余篇。同時，將大型儀器設備投入實驗教學，一方面有利于整合實驗資源，建設開放共享平臺，另外一方面對于推動建立大型儀器共享管理機制，提高儀器使用率也是一條創(chuàng)造性的思路。推動大型儀器設備共享并應用于大學生科研實踐活動，其實質就是將實驗教學同科研訓練和創(chuàng)新實踐相結合，完善人才培養(yǎng)體系，加強學生的科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)，促進科技成果的推廣和轉化，提高實驗教學改革的整體水平。

4 結語

綜上所述，筆者探索并改進了LSCM技術在實驗教學中的應用，并初見成效。希望這一探索能有利于提高實驗教學改革的整體水平，加強學生的科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)，推動大型儀器設備的共享應用。