飞秒激光多光子显微镜配置

来源: 发布时间:2021-11-30

    与传统的单光子宽场荧光显微镜相比,多光子显微镜(MPM)具有光学切片和深度成像的功能,极大地促进了研究人员对整个大脑深部神经的认识。2019年,JeromeLecoq等从脑深部神经元成像、大数量神经元成像、高速神经元成像三个方面讨论了相关的MPM技术。为了将神经元活动与复杂行为联系起来,通常需要对大脑皮层深处的神经元进行成像,这就要求MPM具备深度成像的能力。激发光和发射光会被生物组织高度散射和吸收,这是限制MPM成像深度的主要因素。虽然增加激光强度可以解决散射问题,但会带来其他问题,如烧焦样品、散焦和近表面荧光激发。增加MPM成像深度的比较好方法是使用更长的波长作为激发光。另外,对于双光子(2P)成像而言,离焦和近表面荧光激发是两个比较大的深度限制因素,而对于三光子(3P)成像这两个问题大大减小,但是三光子成像由于荧光团的吸收截面比2P要小得多,所以需要更高数量级的脉冲能量才能获得与2P激发的相同强度的荧光信号。 多光子显微镜技术是对完整组织进行深层荧光成像的优先技术。飞秒激光多光子显微镜配置

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光学成像技术与分子生物学技术的结合为研究上述科学问题提供了条件与可能。因此,在现代分子生物学技术基础上,急需发展新的成像技术。在动物体内,如何实现基因表达及蛋白质之间相五作用的实时在体成像监测是当前迫切需要解决的重大科学技术问题。这是也生物学、信息科学(光学)和基础临床医学等学科共同感兴趣的重大问题。对这-一一科学问题的研究不仅有助于阐明生命活动的基本规律、认识疾病的发展规律,而且对创新药物研究、药物疗效评价以及发展疾病早期诊断技术等产生重大影响。荧光多光子显微镜成像精度多光子显微镜是衡量一个国家制造业和高科技发展水平的重要标准之一。

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以往我们认识的光电效应是单光子光电效应,即一个电子在极短时间内能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识,用强激光照射金属,由于其光子密度极大,一个电子在短时间吸收多个光子成为可能,从而形成多光子电效应,这已被实验证实。为什么一般讨论的光电效应都是指单光子光电效应呢?这是因为,在使用普通光源的情况下,电子吸收两个以上光子能量的概率是非常非常小的,几乎为零。事实上,爱因斯坦本人就考虑过在强光下发生光电效应的可能性问题。对此,他有如下的论述:光电效应中的一个电子吸收两个光子的几率不会大于下雨天两个雨滴同事打在一个蚂蚁上的几率。因此,多光子光电效应在实验上的研究成为可能,是二十世纪六十年代激光乃至强激光出现以后的事情。有了激光,对于双光子光电效应,在实验上和理论上均取得了许多成果。利用强激光,人们不仅观察到双光子和三光子的光电效应,甚至观察到金靶材吸收几十个等效光子实验现象。

通过添加FACED模块,可以将基于标准振镜的现有2PM轻松转换为千赫兹成像系统。FACED双光子荧光显微镜遵循光栅扫描,需要很少的计算处理,在稀疏或密集的标记样本中均可以使用,并且不受串扰的影响,而且对整个图像平面采样后可以进行运动校正。实验中没有观察到光损伤的迹象,此外,子脉冲延迟到达相同的样品位置,能为荧光团提供充足的时间使其从易于破坏的暗态返回到基态,可以明显减少光漂白。使用现有的传感器,FACED双光子荧光显微镜可以提供足够的速度和灵敏度来检测神经元过程中的钙瞬变和谷氨酸瞬变,以及来自细胞体的尖峰和亚阈值电压。该组使用基于FACED的2PM显微镜,在小鼠大脑中实现了千赫兹速率的神经活动成像。在物镜平均激光功率为10-85mW下,他们测量了清醒小鼠中V1神经元的自发性和感觉诱发性的超阈值和亚阈值电位活动。多光子显微镜可以更好的了解神经信号之间复杂动态的编码过程。

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多光子激发在紫外成像的优势在可见光脉冲中能得到紫外衍射的显微观察像。即使不使用紫外域光源、光学元件用可见光源、光学元件就能得到紫外光激励的高空间分辨率图像。多光子在生物成像中的优势在生物显微镜观察方面,较早考虑的是不损坏生物本身的活性状态,维持水分、离子浓度、氧和养分的流通。在光观察场合,无论是热还是光子能量方面都必须停留在细胞不受损伤的照射量、光能量内。多光子显微镜则能够满足此,而且还具有很多优点。如三维分辨率、深度侵入、在散射效率、背景光、信噪比、控制等方面,均有以往激光显微镜不具备,或具有无法比拟的超越特性。1990年A.Mayer在Science上刊文展示了双光子激光扫描荧光显微镜。离体多光子显微镜研究

多光子显微镜作为神经科学重要的研究工具,近年来发展快速,品牌也众多。飞秒激光多光子显微镜配置

   多光子显微镜的前景巨大 作为一个多学科交叉、知识密集、资金密集的高技术产业,多光子显微镜涉及医学、生物学、化学、物理学、电子学、工程学等学科,生产工艺相对复杂,进入门槛较高,是衡量一个国家制造业和高科技发展水平的重要标准之一。过去的5年,多光子显微镜市场集中,由于投产生产的成本较高,技术难度大,目前涌现的新企业不多。显微镜作为一个传统的高科技行业,其作用至今没有被其他技术颠覆,只是不断融合并发展相关技术,在医疗和其他精密检测领域发挥着更大的作用。显微镜的商业化发展已进入成熟期,主要需求来自教学、生命科学的研究及精密检测等,全球市场呈现平缓的增长态势。然而,**、、显微镜产品(如多光子显微镜、电子显微镜)正拉动市场需求,多光子显微镜市场发展潜力巨大。 飞秒激光多光子显微镜配置