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進口多光子顯微鏡多光子激發

來源: 發布時間:2021-10-22

    基于多光子顯微鏡的神經成像技術原理:多光子顯微鏡可用于深度成像和三維成像,因此可用于拍攝不透明的厚樣品。目前主要使用的多光子顯微鏡包括雙光子顯微鏡和三光子顯微鏡。雙光子顯微鏡的結構與共焦類似,區別在于:1)雙光子顯微鏡的激發光波長比共焦長,能量較低,但穿透能力較強;2)雙光子顯微鏡沒有小孔,提高了檢測效率;3)雙光子顯微鏡成像深度較快提高。那么,為什么雙光子能具有共焦顯微鏡所沒有的優勢呢?原因是它采用雙光子激發方式。使用波長較長的激發光子,光子的能量較低,因此電子需要吸收兩個這樣的激發光子才能達到激發態,從而釋放出一個熒光光子。因此,熒光信號的強度與光強的平方成正比。因為焦點處的光強較大,只能在焦點處激發熒光。波長越長,穿透力越強,因此雙光子顯微鏡的成像深度大于共焦顯微鏡。由于兩個光子只在焦點激發熒光,不需要小孔,而是將所有的熒光都收集起來,提高了檢測效率。三光子顯微鏡的原理類似于雙光子顯微鏡,利用三個激發光子可以實現更深的成像深度。由于使用了更長的激發波長,穿透能力更強,成像深度更大。此外,由于較強的非線性效應,熒光信號的強度與光強的立方成正比,因此比雙光子具有更低的非聚焦激發和背景噪聲。 多光子顯微鏡的分辨率比傳統的單光子共聚焦要低的多。進口多光子顯微鏡多光子激發

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當激光光束焦點的位置在鏡面上,此時被反射的激光在無限空間中成為準直光束,并在OBJ2的焦平面上形成了一個激光光斑。同理,如果橫向掃描光束,則會形成遠離傾斜鏡鏡面的焦點,這又導致返回的光束會聚或發散,進而OBJ2能在軸向不同位置形成焦點,通過這種方式即能實現連續的軸向掃描。對于較小的傾斜角,聚焦沒有球差。該組在實驗中表征了這種將橫向掃描轉換為軸向掃描技術的光學性能,并使用它將光片顯微鏡的成像速度提升了一個數量級,從而可以在三個維度上量化快速的囊泡動力學。該組還演示了使用雙光子光柵掃描顯微鏡以12 kHz進行共振遠程聚焦,該技術可對大腦組織和斑馬魚心臟動力學進行快速成像,并具有衍射極限的分辨率。 清醒動物多光子顯微鏡成像深度多光子顯微鏡中,極短的激光脈沖聚焦在樣品上的緊密點上,激發熒光團產生圖像。

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多光子激發的特點。激發波長∶兩個或多個光子同時激發,激發波長是單光子激發波長的兩倍或多倍(i.e.紅光能激發UV探針)。多光子激發∶依賴于多個光子同時到達的時間。使用脈沖飛秒激光器(i.e.10-16 seconds),且能提供更高的峰值功率。熒光限制在焦點處,能滿足多個光子同時達到產生多光子吸收。熒光強度正比于(激光強度)n。為什么使用飛秒激光器?多光子激發需要超快的激光器,皮秒脈沖不能實現三光子激發。深度成像需要更高、更窄脈沖輸出功率。多光子激發光源處于近紅外區,對細胞毒性和光漂白更小。

比較兩表格中的相關參數可以看出,基于分子光學標記的成像技術已經在生物活檢和基因表達規律方面展示了較大的優勢。例如,正電子發射斷層成像(PET)可實現對分子代謝的成像,空間分辨率∶1-2mm,時間分辨率;分鐘量級。與PET比較,光學成像的應用場合更廣(可測量更多的參數,請參見表1-1),且具有更高的時間分辨率(秒級),空間分辨率可達到微米。因此,二者相比,雖然光學成像在測量深度方面不及PET,但在測量參數種類與時空分辨率方面有一定優勢。對于小動物(如小白鼠)研究來說,光學成像技術可以實現小動物整體成像和在體基因表達成像。例如,初步研究表明,熒光介導層析成像可達到近10cm的測量深度;基于多光子激發的顯微成像技術可望實現小鼠體內基因表達的實時在體成像。多光子顯微鏡技術的優勢如何?又有哪些應用?

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快速光柵掃描有多種實現方式,使用振鏡進行快速2D掃描,將振鏡和可調電動透鏡結合在一起進行快速3D掃描,但可調電動透鏡由于機械慣性的限制在軸向無法快速進行焦點切換,影響成像速度,現可使用空間光調制器(SLM)代替。遠程聚焦也是一種實現3D成像的手段,如圖2所示。在LSU模塊中,掃描振鏡進行橫向掃描,ASU模塊包括物鏡L1和反射鏡M,通過調控M的位置實現軸向掃描。該技術不僅可以校正主物鏡L2引入的光學像差,還可以進行快速的軸向掃描。想要獲得更多神經元成像,可以通過調整顯微鏡的物鏡設計來擴大FOV,但是具有大NA和大FOV的物鏡通常重量較大,無法快速移動以進行快速軸向掃描,因此大型FOV系統依賴于遠程聚焦、SLM和可調電動透鏡。多光子顯微鏡的大多數補償器都采用棱鏡。全自動多光子顯微鏡實驗

4tune光譜檢測器,實現多光子顯微鏡的光譜型檢測。進口多光子顯微鏡多光子激發

細胞在受到外界刺激時,隨著刺激時間的增長,即使刺激繼續存在,Ca2+熒光信號不但不會繼續增強,反而會減弱,直至恢復到未加刺激物時的水平。對于細胞受精過程中 Ca2+熒光信號的變化情況,研究發現,配了在粘著過程中,Ca2+熒光信號未發生任何變化,而配子之間發生融合作用時,Ca2+熒光信號強度卻會出現一個不穩定的峰值,并可持續幾分鐘。這些現象,對研究受精發育的早期信號及 Ca2+在卵細胞和受精卵的發育過程中的作用具有重要的意義。在其它一些生理過程如細胞分裂、胞吐作用等,Ca2+熒光信號強度也會發生很的變化。進口多光子顯微鏡多光子激發

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