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本文聚焦光片荧光显微镜（LSFM）在复杂流体产品微观结构成像领域的应用。阐述其原理、优势，通过乳液、细菌培养、 hydrogel 等实例展示其在多类产品研究中的价值，探讨未来方向，为相关领域研究提供新思路。
引言
商业复杂流体产品的微观结构对其稳定性、多功能性能及消费者价值的实现至关重要。少量成分（如聚合物、胶体或表面活性剂）添加到水中，就能改变流体的宏观流动和性能，这得益于介观结构（如表面活性剂中的胶束、聚合物或胶体系统中的凝胶）的形成。
例如，洗发水的剪切变稀行为，在低剪切速率下高粘度流动缓慢，强剪切时粘度显著降低。理解产品的微观和介观结构，以及将其与宏观性能联系起来，是复杂流体研究的重要挑战。
随着消费者需求变化和法规标准演进，快速了解复杂流体微观结构的动态变化愈发关键。共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）和小角 X 射线散射（SAXS）等技术已取得进展，而光片荧光显微镜（LSFM）能在微米到毫米尺度建立结构 - 功能关系，为复杂流体研究提供有力补充。
光片荧光显微镜的介观成像
光片荧光显微镜（LSFM），又称选择性平面照明显微镜（SPIM），在过去二十年对生物学研究产生了巨大影响。与传统显微镜不同，其成像物镜与照明平面成 90°，消除了共聚焦光路中的离焦荧光。仅照亮样品的薄平面，降低了光毒性和光漂白，能对较大样本进行快速成像，且光学切片尺寸与共聚焦方法相似。进行样品的三维光片成像时，需旋转样品或照明系统，以增强空间和时间覆盖范围。
在生物研究中，它能追踪胚胎中细胞的运动和分化。在复杂流体研究方面，虽然样品选择和制备及成像存在一些妥协，如对于浓缩系统需 “清除” 样品以消除散射，但化妆品和消费品中含有的脂质基材料，使 LSFM 特别适合研究其结构和时间演化。许多产品通过匹配折射率实现透明，便于添加荧光示踪分子或颗粒后进行成像研究。
产品应用领域
商业配方产品的价值源于其微观结构元素的功能，LSFM 可对这些元素和结构进行成像，并追踪其随时间、加工和成分波动的演变。
- 停滞乳液：乳液液滴是食品、化妆品和消费品的核心成分。乳液的稳定性和功能取决于液滴在不同阶段的状态，理解乳液的实际状态对产品质量、性能和稳定性至关重要。在一些食品（如鲜奶油和冰淇淋）中，停滞结构的形成很重要，脂肪液滴形成的三维网络可稳定产品。
LSFM 能在乳液的弹性网络、液滴和更大乳液尺度上提供可视化和量化信息，结合体流变学数据，解释系统的流动行为。它还能对单个分散相元素进行快速、高特异性测量，如对乳液中单个液滴进行 DNA 分析，有助于检测活性成分的可行性、混合过程的效率和安全性。
2. 木醋杆菌培养中的细菌追踪：细菌生物膜的生长可能带来危害，但也能产生有用成分，如细菌纤维素。研究细菌纤维素的结构形成过程，对设计和开发相关产品具有指导意义。
LSFM 可用于捕捉细菌在静态条件下的活细胞行为，以及在动态形成大毫米级结构过程中的细胞通讯和相互作用。通过标记活细胞，能提供多尺度结构的动态快照，有助于研究含生物成分的消费品、食品和化妆品的短期和长期行为。
3. 水凝胶结构和溶胀：聚合物水凝胶是化妆品、食品和消费品的常见成分，它能吸附大量水分并显著溶胀，提供复杂的触觉响应等益处。
LSFM 可利用粒子追踪微流变学的概念，对水凝胶的大规模结构进行可视化和映射。通过添加荧光标记的胶体示踪粒子，追踪其布朗扩散，评估水凝胶结构的异质性和定量孔径分布。此外，LSFM 还能表征水凝胶的溶胀过程，揭示其微观结构的膨胀情况以及能否承受溶胀过程中的毛细管和渗透压。
4. 肉类和替代蛋白：LSFM 在生物组织成像方面已得到优化，可用于研究肉类组织的结构转变。在替代蛋白和培养肉产品的开发中，LSFM 结合图像分析，能对不同成分进行三维成像，并通过计算图像分析定量理解环境因素引起的结构变化。
通过比较基于大豆的肉类样品和牛肉的成像结果，可了解成分的分布和组织情况，与产品的宏观机械性能相关联，评估产品质量的关键要素。此外，LSFM 的成像精度还可用于设计新的食品和组织结构。
未来方向
流动对复杂流体材料的创建、修改和响应至关重要。将流动与成像和结构研究相结合，能为实验和理论验证提供有价值的见解。以下是 LSFM 在相关领域的应用前景。
- 凝胶塌陷：胶体凝胶的延迟塌陷会导致流体产品微观结构的不均匀性。LSFM 可通过选择性标记产品成分，在小尺度上检测结构故障，即使在较大产品体积内也能实现，还能指示相关现象，如分离或相分离，有助于早期检测产品的不稳定性。
- 流动系统与 LSFM 的适配：类似于流变仪在共聚焦显微镜和 SAXS 中的应用，其他流动几何形状可进行修改，直接用于光片显微镜。例如，流体四辊磨机可用于研究结构随时间和空间的演变，滴落在基板上（DOS）的技术可用于测量流体的流动特性，且与 LSFM 样品的尺寸和形式兼容，有望实现流动过程中的三维分析。
- 剪切带：剪切带会影响复杂流体的流变测量精度和润滑效果，与产品在流动过程中的感知和性能直接相关，如面霜涂抹在皮肤上的感觉。目前，对剪切带的理解还不够深入，需要像 LSFM 这样结合结构、流动和多尺度的技术来更好地研究，使其有可能从理论概念转变为产品的理想属性。
结论
人们日益认识到深入理解复杂流体配方及其结构 - 性能关系的重要性。CLSM 和 X 射线散射等方法为该领域提供了重要见解，LSFM 则有望连接到更大的长度尺度，实现更广泛的介观成像。
LSFM 在样品外部操纵方面具有独特的灵活性，将其应用于商业复杂流体产品领域，有望获得新的见解。围绕 LSFM 发展的开源硬件和软件社区，将加速该技术在复杂流体配方研究中的应用。
