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美國激光熒光雙光子顯微鏡成像原理是什么

來源: 發布時間:2022-10-08

第二代微型化雙光子熒光顯微鏡 FHIRM-TPM 2.0,其成像視野是該團隊于2017年發布的代微型化顯微鏡的7.8倍,同時具備三維成像能力,獲取了小鼠在自由運動行為中大腦三維區域內上千個神經元清晰穩定的動態功能圖像,并且實現了針對同一批神經元長達一個月的追蹤記錄。在一批“早鳥項目”中,該系統已被多個研究組應用于不同的模式動物和行為范式,如小鼠的社交新穎性識別、斑胸草雀受調控后大腦特定神經元變化、新型神經遞質乙酰膽堿探針的傳導適應性分析以及獼猴三腦區成像等多項研究。雙光子顯微鏡在各領域研究中已有許多成功實例。美國激光熒光雙光子顯微鏡成像原理是什么

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配合雙光子激發技術,激光共聚掃描顯微鏡則能更好得發揮功效。那么,什么是雙光子激發技術呢?在高光子密度的情況下,熒光分子可以同時吸收2個長波長的光子使電子躍遷到較高能級,經過一個很短的時間后,電子再躍遷回低能級同時放出一個波長為長波長一半的光子(P=h/λ)。利用這個原理,便誕生了雙光子激發技術。雙光子顯微鏡使用長波長脈沖激光,通過物鏡匯聚,由于雙光子激發需要很高的光子密度,而物鏡焦點處的光子密度是比較高的,所以只有在焦點處才能發生雙光子激發,產生熒光,該點產生的熒光再穿過物鏡,被光探頭接收,從而達到逐點掃描的效果。國外激光熒光雙光子顯微鏡光毒性成像平臺倒置雙光子顯微鏡啟用顯微鏡自帶調焦設備。

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Denk很快就將雙光子顯微鏡用于神經元成像,而1997年在Svoboda測量完整老鼠大腦的錐體神經元的感官刺激誘導樹突鈣離子動態后,雙光子顯微鏡的潛能開始完全凸顯。值得一提的是,霍華德·休斯醫學院Svoboda實驗室和Thorlabs在2016年合作推出了一種強大的多光子介觀顯微鏡,其成像視場達到5毫米,能夠跨多個腦區進行高速功能成像。根據清華大學單一采購來源的**指導意見:這種顯微鏡的視場是普通雙光子顯微鏡的10倍。30年來,雙光子顯微鏡已成為較厚生物組織三維成像中不可或缺的工具。從雙光子到三光子甚至四光子,這種非線性成像技術通常也被統稱為多光子顯微鏡。下圖統計了自1990年以來每年發表的多光子顯微鏡文章數量,發展速度可見一斑。

細胞內鈣離子作為重要的信號分子其作用具有時間性和空間性。當個細胞興奮時,產生了一個電沖動,此時,細胞外的鈣離子流入該細胞內,促使該細胞分泌神經遞質,神經遞質與相鄰的下一級神經細胞膜上的蛋白分子結合,促使這一級神經細胞產生新的電沖動。以此類推,神經信號便一級一級地傳遞下去,從而構成復雜的信號體系,終形成學習、記憶等大腦的高級功能。在哺乳動物神經系統中,鈣離子同樣扮演著重要的信號分子的角色。靜息狀態下大部分神經元細胞內鈣離子濃度約為50-100nM,而細胞興奮時鈣離子濃度能瞬間上升10-100倍,增加的鈣離子對于突觸囊泡胞吐釋放神經遞質的過程必不可少。眾所周知,只有游離鈣才具有生物學活性,而細胞質內鈣離子濃度由鈣離子的內外流平衡所決定,同時也受鈣結合蛋白的影響。細胞外鈣離子內流的方式有很多種,其中包括電壓門控鈣離子通道、離子型谷氨酰胺受體、煙堿型膽堿能受體(nAChR)和瞬時受體電位C型通道(TRPC)等。神經元鈣成像的原理就是利用特殊的熒光染料或鈣離子指示劑將神經元中鈣離子濃度的變化通過熒光強度表現出來,以反映神經元活性。該方法可以同時觀察多個功能或位置相關的腦細胞。雙光子顯微鏡的性能得到不斷地優化,結合它的特點,大致可以分成深和活兩個方面的提升。

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N摻雜可以明顯影響碳點(CDs)的發射和激發特性,使雙光子碳點(TP-CDs)具有本征雙光子激發特性和605 nm的紅光發射特性。在638 nm激光照射下,除了長波激發和發射外,還可以實現活性氧(ROS)的產生,這為光動力技術提供了巨大的可能性。更重要的是,通過各種表征和理論模擬證實,摻雜誘導的N雜環在TP-CDs與RNA的親和力中起關鍵作用。這種親和力不僅為實現核仁特異性自我靶向提供了可能,而且通過ROS斷裂RNA鏈解離TP-CDs@RNA復合物,賦予治療過程中的熒光變異。TP-CDs結合了ROS的產生能力、光動力療法(PDT)過程中的熒光變化、長波激發和發射特性以及核仁的特異性自靶向性,可以認為是一種結合核仁動態變化實時處理的智能CDs。雙光子顯微鏡角膜成像。國內熒光雙光子顯微鏡最大分辨率

雙光子顯微鏡可以用于局部微蝕鐳射磨皮后的膠原重塑的檢測。美國激光熒光雙光子顯微鏡成像原理是什么

在深度組織中以較長時間對活細胞成像,雙光子顯微鏡是當前之選。雙光子和共聚焦顯微鏡都是通過激光激發樣品中的熒光標記,使用探測器測量被激發的熒光。但是,共聚焦一般使用單模光纖耦合激光器,通過單光子激發熒光,而雙光子使用飛秒激光器,通過幾乎同時吸收兩個長波光子激發熒光。雙光子激發熒光的主要優勢:雙光子比共聚焦使用的更長的波長,所以對組織的損傷更小且穿透更深。共聚焦的成像深度一般為100微米,雙光子則能達到250到500微米,甚至超過1毫米。另外,同時吸收兩個光子意味只有度聚焦點處能被激發,所以不會損傷焦平面之外的組織,并且生成更清晰的圖像。美國激光熒光雙光子顯微鏡成像原理是什么

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