隨著技術(shù)的發(fā)展,雙光子顯微鏡的性能得到不斷地優(yōu)化,結(jié)合它的特點(diǎn),大致可以分成深和活兩個(gè)方面的提升。要想讓激發(fā)激光進(jìn)入更深的層面,大致可從兩個(gè)方面入手,裝置優(yōu)化與標(biāo)本改造。關(guān)于裝置優(yōu)化,我們可以把激光束變得更細(xì),使能量更加集中,就能讓激光穿透更深。關(guān)于標(biāo)本,其中影響光傳播的主要是物質(zhì)吸收和散射,解決這個(gè)問題,我們需要對(duì)樣本進(jìn)行透明化處理。一種方法是運(yùn)用某種物質(zhì)將標(biāo)本浸泡,使其中的物質(zhì)(主要是脂質(zhì))被破壞或溶解。另一種方法是運(yùn)用電泳將脂質(zhì)電解,讓標(biāo)本的“透明度”得到提高。雙光子顯微鏡在組織透明化成像中應(yīng)用;bruker雙光子顯微鏡成像視野
雙光子的來源:飛秒激光的雙光子吸收理論早在1931年就由諾貝爾獎(jiǎng)獲得者M(jìn)ariaGoeppertMayer提出,并在30年后因?yàn)榧す舛玫綄?shí)驗(yàn)驗(yàn)證,但WinfriedDenk用了近30年才發(fā)明了雙光子顯微鏡。要理解雙光子的技術(shù)挑戰(zhàn)和飛秒激光發(fā)揮的重要作用,首先要理解非線性過程。雙光子吸收相當(dāng)于和頻產(chǎn)生的非線性過程,需要極高的電場(chǎng)強(qiáng)度,電場(chǎng)取決于聚焦光斑的大小和激光脈沖寬度。聚焦光斑越小,脈沖寬度越窄,雙光子吸收效率越高。對(duì)于衍射極限顯微鏡,聚焦在樣品上的光斑大小只與物鏡NA和激光波長(zhǎng)有關(guān),所以關(guān)鍵變量只有激光脈沖寬度?;谝陨戏治?,能夠輸出高重復(fù)率(100MHz)的超短脈沖(100fs量級(jí))的飛秒激光已經(jīng)成為雙光子顯微鏡的標(biāo)準(zhǔn)激發(fā)光源。這再次顯示了雙光子顯微鏡的優(yōu)勢(shì):雙光子吸收只能在焦平面形成,而在焦平面之外,由于光強(qiáng)較低,無法激發(fā),所以雙光子成像更清晰。熒光雙光子顯微鏡商家電話雙光子顯微鏡可以在小鼠的的任何部位進(jìn)行有生命體成像。
雙光子熒光顯微鏡是結(jié)合了激光掃描共聚焦顯微鏡和雙光子激發(fā)技術(shù)的一種新技術(shù)。雙光子激發(fā)的基本原理是:在高光子密度的情況下,熒光分子可以同時(shí)吸收2個(gè)長(zhǎng)波長(zhǎng)的光子,在經(jīng)過一個(gè)很短的所謂激發(fā)態(tài)壽命的時(shí)間后,發(fā)射出一個(gè)波長(zhǎng)較短的光子;其效果和使用一個(gè)波長(zhǎng)為長(zhǎng)波長(zhǎng)一半的光子去激發(fā)熒光分子是相同的。雙(多)光子成像優(yōu)勢(shì)在于,具有更深的組織穿透深度,利用紅外光,能夠在層面檢測(cè)極限達(dá)1mm的組織區(qū)域;因信號(hào)背景比高,而具有更高的對(duì)比度;因激發(fā)體積小,具有定點(diǎn)激發(fā)的特性,具有更少的光毒性;激發(fā)波長(zhǎng)由紫外、可見光調(diào)整為紅外激發(fā),能夠更加地安全。
2020年,臨研所、病理科和科研處邀請(qǐng)北京大學(xué)王愛民副教授做了題目為“新一代微型雙光子顯微成像系統(tǒng)介紹及其在臨床醫(yī)療診斷”的學(xué)術(shù)報(bào)告。學(xué)術(shù)報(bào)告由臨研所醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)潘琳老師主持。王愛民,北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院副教授,畢業(yè)于北京大學(xué)物理系,獲學(xué)士、碩士學(xué)位,后于英國(guó)巴斯大學(xué)物理系獲博士學(xué)位。該研究組研發(fā)的微型雙光子顯微鏡,第1次在國(guó)際上獲得了小鼠大腦神經(jīng)元和神經(jīng)突觸清晰穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)信號(hào),該成果獲得了2017年度“中國(guó)光學(xué)進(jìn)展”和“中國(guó)科學(xué)進(jìn)展”,并被NatureMethods評(píng)為2018年度“年度方法--無限制行為動(dòng)物成像”。目前,該研究組正在研究新一代雙光子顯微成像技術(shù)在臨床診斷中的應(yīng)用,為未來即時(shí)病理、離體組織檢測(cè)、術(shù)中診斷等提供新的影像手段和分析方法。于雙光子激發(fā)需要兩個(gè)光子同時(shí)到達(dá),因此只有在焦點(diǎn)附近的樣品區(qū)域才會(huì)激發(fā),從而實(shí)現(xiàn)三維成像和高分辨率。
從雙光子到三光子:科學(xué)家正在從雙光子轉(zhuǎn)向三光子顯微鏡。1996年,ChrisXu在康奈爾大學(xué)(Denk同導(dǎo)師實(shí)驗(yàn)室)讀博期間發(fā)明了三光子顯微鏡,如果雙光子吸收可行,那么三光子看起來也是自然的發(fā)展方向。三光子成像使用更長(zhǎng)的波長(zhǎng),大約在1.3和1.7微米,其成像深度也比雙光子更深,目前記錄約為2.2毫米,人類大腦皮層厚約4毫米。相比雙光子顯微鏡,三光子還要求以較低重頻使用更強(qiáng)和更短的激光脈沖,而傳統(tǒng)的鈦寶石激光器難以達(dá)到這些要求,但是對(duì)于摻鐿光纖飛秒光參量放大器則非常容易,比如我們的Y-Fi光參量放大器(OPA)。雙光子顯微鏡在多個(gè)領(lǐng)域研究中已有許多成功實(shí)例。進(jìn)口雙光子顯微鏡光刺激
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共聚焦顯微可以呈現(xiàn)這么漂亮的圖像,是不是什么樣品都可以用共聚焦顯微鏡拍拍拍.....得到各種各樣清晰漂亮的圖像呢?答案是否定的,任何事物都有優(yōu)缺點(diǎn),何況一臺(tái)儀器呢,共聚焦顯微鏡也是有自己的局限,共聚焦有哪些局限呢:1.共聚焦顯微鏡只能拍攝約200um以內(nèi)的的樣品,對(duì)于厚的或者樣品不能進(jìn)拍攝;2.共聚焦顯微鏡由于是逐點(diǎn)進(jìn)行掃描,對(duì)樣品的光毒性還是比較大的,特別是拍攝活細(xì)胞樣品時(shí)就更容易對(duì)樣品進(jìn)行淬滅;3.由于光照射的區(qū)域幾乎能通過這個(gè)Z軸的層面,所以對(duì)于空間定點(diǎn)光刺激的實(shí)驗(yàn)定點(diǎn)位置就不是特別精確;并且激光共聚焦顯微鏡沒有純紫外進(jìn)行激發(fā),對(duì)于一些特殊激發(fā)波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn),效率非常低。bruker雙光子顯微鏡成像視野