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雙光子顯微鏡的基本原理是:在高光子密度的情況下,熒光分子可以同時(shí)吸收 2 個(gè)長波長的光子,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)波長較短的光子;其效果和使用一個(gè)波長為長波長一半的光子去激發(fā)熒光分子是相同的。雙光子激發(fā)需要很高的光子密度,為了不損傷細(xì)胞,雙光子顯微鏡使用高能量鎖模脈沖激光器。這種激光器發(fā)出的激光具有很高的峰值能量和很低的平均能量,其脈沖寬度只有 100 飛秒,而其周期可以達(dá)到 80至100兆赫茲。在使用高數(shù)值孔徑的物鏡將脈沖激光的光子聚焦時(shí),物鏡的焦點(diǎn)處的光子密度是比較高的,雙光子激發(fā)只發(fā)生在物鏡的焦點(diǎn)上,所以雙光子顯微鏡不需要共聚焦,提高了熒光檢測(cè)效率。雙光子顯微鏡明日之星--FemtoFiber ultra 920 。國外激光雙光子顯微鏡掃描深度
雙光子顯微成像技術(shù)不是什么新技術(shù),早在20多年前就有了,目前已經(jīng)在生命科學(xué)和材料科學(xué)中廣泛應(yīng)用。幾年前雙光子**過期后,已經(jīng)推出自己的雙光子顯微鏡的廠家估計(jì)不少于10家以上。即便如此,世界上很多實(shí)驗(yàn)室都搭雙光子,自己搭的好處有很多,首先是便宜,尤其是實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)有飛秒激光器,那就更很省錢了。其次是靈活,可以選擇針對(duì)特殊用途的搭配,改動(dòng)也靈活。結(jié)束后的好處就是可以鍛煉隊(duì)伍,一趟走下來可以把新手帶出來,后期維護(hù)也更加自由。當(dāng)然壞處也不少,首先是操心,特別是第1次搭的時(shí)候,開始要想方案,后來要解決各種實(shí)際問題。其次是花時(shí)間,加上買配件的時(shí)間,比買一臺(tái)現(xiàn)成的商業(yè)化雙光子耗時(shí)長?,F(xiàn)在已經(jīng)有不少關(guān)于如何搭雙光子顯微鏡的文章,各種protocol,大多是老外寫的,中文的較少。其實(shí)完全自己搭一套好用的系統(tǒng)還是不容易的,尤其是沒有經(jīng)驗(yàn)的時(shí)候,容易走彎路,多花錢,也多花時(shí)間,再加上雙光子的重要器件都需要從國外購買,在國內(nèi)買這些東西耗時(shí)較長。因此,我想總結(jié)一下我們的經(jīng)驗(yàn),貼出來分享,希望能幫到想自己動(dòng)手的實(shí)驗(yàn)室國內(nèi)ultima雙光子顯微鏡成像原理雙光子顯微鏡非常適合對(duì)細(xì)胞組織進(jìn)行長時(shí)間在體成像。
Winfried Denk較初使用的光源是染料飛秒激光器(100 fs脈寬、630 nm可見光波長)。雖然染料激光器對(duì)于實(shí)驗(yàn)室演示尚可,但是使用很不方便所以遠(yuǎn)未實(shí)現(xiàn)商用。很快雙光子顯微鏡的標(biāo)配光源就變成了飛秒鈦寶石激光器。除了固態(tài)光源優(yōu)勢(shì),鈦寶石激光器還具有較寬的近紅外波長調(diào)諧范圍,而近紅外相比可見光穿透更深,對(duì)生物樣品損傷更小。下圖是Thorlabs的雙光子和三光子顯微鏡配置,鈦寶石飛秒可調(diào)諧激光器位于平臺(tái)較左邊??茖W(xué)家正在從雙光子轉(zhuǎn)向三光子顯微鏡。1996年,Chris Xu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的波長,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)。
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(tuán)隊(duì)于2017年發(fā)布的代微型化顯微鏡的7.8倍,同時(shí)具備三維成像能力,獲取了小鼠在自由運(yùn)動(dòng)行為中大腦三維區(qū)域內(nèi)上千個(gè)神經(jīng)元清晰穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)功能圖像,并且實(shí)現(xiàn)了針對(duì)同一批神經(jīng)元長達(dá)一個(gè)月的追蹤記錄。在一批“早鳥項(xiàng)目”中,該系統(tǒng)已被多個(gè)研究組應(yīng)用于不同的模式動(dòng)物和行為范式,如小鼠的社交新穎性識(shí)別、斑胸草雀受調(diào)控后大腦特定神經(jīng)元變化、新型神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿探針的傳導(dǎo)適應(yīng)性分析以及獼猴三腦區(qū)成像等多項(xiàng)研究。雙光子顯微鏡有哪些應(yīng)用呢?
在該自適應(yīng)光學(xué)雙光子熒光顯微鏡中,她們將空間光位相調(diào)制器光學(xué)共軛到顯微物鏡的后焦平面,通過位相調(diào)制器將入射光分成若干子區(qū)域,每一塊子區(qū)域的波前都可以被控制。同時(shí),她們用數(shù)字微陣列光處理器,以不同的頻率同時(shí)調(diào)制其中一半子區(qū)域的入射光強(qiáng)度,以另一半子區(qū)域作為“參考波前”。來自所有子區(qū)域光束會(huì)在焦點(diǎn)處會(huì)聚干涉,通過監(jiān)測(cè)焦點(diǎn)激發(fā)的雙光子信號(hào)隨時(shí)間的變化情況,并進(jìn)行傅里葉變換分析,可以“分解”得到被調(diào)制的每一塊子區(qū)域的“光線”的貢獻(xiàn)信息,從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)一半子區(qū)域波前的并行測(cè)量。對(duì)另一半子區(qū)域重復(fù)這一測(cè)量過程,從而獲得整個(gè)入射波前的信息并進(jìn)行校正。該方法耗時(shí)很短,通常約1~3分鐘左右即可完成像差的測(cè)量和校正,無需復(fù)雜的計(jì)算,適用于任何標(biāo)記密度和標(biāo)記類型的樣品。更重要的是,得到的像差校正圖案可以用于提高較大視場范圍內(nèi)的成像質(zhì)量。該方法無疑為在體研究小鼠大腦皮層深層區(qū)域的生物、醫(yī)學(xué)問題提供了可行性方案。顯微成像技術(shù)包含:雙光子顯微鏡、寬場熒光顯微鏡、共聚焦顯微鏡、全內(nèi)反射熒光顯微鏡等多種成像方式。進(jìn)口2PPLUS雙光子顯微鏡廠家有哪些
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雙光子顯微鏡為什么穿透能力強(qiáng)?因?yàn)榻M織對(duì)可見光區(qū)域的較強(qiáng)吸收和散射帶來兩個(gè)嚴(yán)重的問題第1個(gè)是激發(fā)光的減弱,第2個(gè)就是另外就是由于物鏡本身光的光學(xué)特性,單光子激發(fā)的背景較強(qiáng),所以才有共聚焦系統(tǒng)提高成像的分辨率因?yàn)榻M織對(duì)可見光區(qū)域的較強(qiáng)吸收和散射帶來兩個(gè)嚴(yán)重的問題第1個(gè)是激發(fā)光的減弱,第2個(gè)就是另外就是由于物鏡本身光的光學(xué)特性,單光子激發(fā)的背景較強(qiáng),所以才有共聚焦系統(tǒng)提高成像的分辨率剛好雙光子在這兩點(diǎn)具有很大的優(yōu)勢(shì)上面的內(nèi)容基本在談到雙光子優(yōu)勢(shì)都會(huì)相對(duì)說明,在實(shí)際操作中成像的深度和樣品的關(guān)系很大,雙光子成像利用高亮度的熒光標(biāo)記材料,已經(jīng)有做到mm級(jí)別的穿透深度國外激光雙光子顯微鏡掃描深度