胚胎顯微注射是現代生物學與生殖工程中非常精密的一項實驗技術，廣泛應用于基因編輯、轉基因動物構建、胚胎發育研究以及體外受精（IVF）等領域。而完成這一操作的關鍵工具，就是“顯微注射顯微鏡”，也稱為倒置顯微操作系統。這種顯微鏡與普通教學顯微鏡或體視顯微鏡不同，它不僅能放大觀察胚胎細胞，還能在顯微鏡下完成顯微注射、移植、取樣等微操作。

一、顯微注射顯微鏡的整體結構

胚胎顯微注射顯微鏡通常由三部分組成：光學系統、操作系統和控制系統。

光學系統（主顯微鏡部分）

這部分負責對胚胎進行放大成像，使操作者能清楚地看到細胞結構。通常使用倒置顯微鏡（Inverted Microscope），因為胚胎或卵細胞放置在培養皿中，位于玻璃底部，從下方照明更穩定清晰。

光學系統包括物鏡、目鏡、照明系統和成像裝置。

物鏡通常為10×到40×，高端機型配有長工作距離物鏡，方便操作微針而不碰到鏡頭。

照明系統多為透射光或差分干涉（DIC）光，可清晰區分胚胎內的細胞質、細胞膜和細胞核。

相機系統則用于實時觀察或記錄顯微操作過程，常搭配計算機成像軟件。

操作系統（顯微操作儀）

這是顯微注射的核心部分，由兩套精密的微操作器組成：

注射系統（Injection Manipulator）：控制顯微針，將DNA、RNA、精子或其他微量物質注入胚胎。

固定系統（Holding Manipulator）：通過吸引管固定胚胎位置，防止其在注射過程中移動。

兩個操作臂都通過液壓、氣壓或電動系統控制，能在三維空間內以微米級精度移動，確保針頭進入目標細胞而不損傷周圍組織。

控制與顯微針系統

微注射的控制器可以調節壓力和速度，使注射液體的量精確可控。顯微針一般是拉制的超細玻璃毛細管，直徑只有幾微米，可以輕松穿透卵膜或細胞膜。

對于胚胎顯微注射，注射的液體通常是基因編輯試劑（如CRISPR-Cas9復合物）或外源DNA溶液。

二、顯微注射顯微鏡的外觀與特征

從外觀上看，這種顯微鏡通常比普通顯微鏡體積更大，結構更復雜：

主體為一個倒置顯微鏡，底部是照明裝置，上方是顯微操作區。

兩側安裝有兩個金屬機械臂，分別控制注射針與固定針。

顯微鏡前方通常連接一個高清顯示器或計算機屏幕，用于同步觀察放大的胚胎圖像。

在高端型號中，還配有溫控平臺，使胚胎始終保持在37℃的培養條件下，模擬體內環境。

整個系統一般安裝在防震臺上，確保顯微針在納米級精度下不會因為微小震動而偏移。

常見品牌包括 Olympus（奧林巴斯）IX系列、Nikon Ti系列、Leica DMi系列 和 Zeiss Axio Observer系列 等。它們常與 Narishige（日本成茂） 或 Eppendorf（德國艾本德） 的顯微操作儀配套使用。

三、工作原理

胚胎顯微注射顯微鏡的原理結合了光學顯微成像與機械微操作。

當胚胎被放置在顯微鏡載物臺的培養皿中時，照明光從下方透射，經過物鏡放大后呈現在操作者的眼中或顯示屏上。

一旦找到注射目標（如卵母細胞、受精卵或早期胚胎），操作者使用操作桿微調吸引管將胚胎固定。然后另一只手控制注射臂，讓顯微針在三維方向緩慢接近胚胎表面。

在顯微鏡圖像的輔助下，針尖輕輕穿透細胞膜，將微量物質注入細胞質中。整個過程依靠顯微鏡的高對比度成像和精密控制，通常只需數秒即可完成。

四、顯微注射的使用場景

動物胚胎基因編輯

在小鼠、斑馬魚、豬、牛等動物胚胎中注入基因編輯試劑，制造轉基因或基因敲除動物模型。

人類輔助生殖（ICSI）

在體外受精過程中，顯微注射顯微鏡用于完成單精子注射（ICSI）。醫生通過顯微鏡控制顯微針，將一條精子直接注入卵母細胞中，從而實現受精。

胚胎發育研究

科學家可以通過顯微注射標記熒光物質、觀察細胞分裂與分化過程，研究胚胎發育規律。

五、總結

胚胎顯微注射使用的顯微鏡是一種倒置顯微操作系統，集成了高分辨率成像、納米級定位控制與顯微針注射裝置。它的外觀精密、結構復雜、功能高度集成，既能看清胚胎內部結構，又能在微米尺度上進行操作。