首先,双光子成像采用波长范围约在700~1000 nm的近红外光激发,在组织中的散射系数较小,穿透性很好,因此非常适合厚样本的观察。同时,由于是近红外光激发,也能避免样品中激发波长较短的自发荧光物质的干扰,可获得较强的荧光信号(如下图)。所以双光子成像具有较深的穿透力和较小的光毒性。通常在活物脑组织中双光子显微镜有效成像深度可达200~500 μm,能够较好地进行三维成像。双光子成像的另一大优势在于精确的空间点聚焦性。一般条件下,物质只会被单光子激发,只有在光子密度足够高的情况下,物质才会吸收两个光子从而被激发,所以,双光子只会在光子密度蕞高的物镜焦点附近发生,很少产生焦平面外的杂散光(如下图)。这种性质既提高了成像质量,也降低了样本的光漂白、光损伤区域。基于这些优势,使得双光子显微镜非常适合对活细胞、活组织进行长时间在体成像。优势来源于其双光子光源的非线性光学效应。美国ultima2PPLUS双光子显微镜分辨率是多少
2020年,临研所、病理科和科研处邀请北京大学王爱民副教授做了题目为“新一代微型双光子显微成像系统介绍及其在临床医疗诊断”的学术报告。学术报告由临研所医学实验研究平台潘琳老师主持。王爱民,北京大学信息科学技术学院副教授,毕业于北京大学物理系,获学士、硕士学位,后于英国巴斯大学物理系获博士学位。该研究组研发的微型双光子显微镜,第1次在国际上获得了小鼠大脑神经元和神经突触清晰稳定的动态信号,该成果获得了2017年度“中国光学进展”和“中国科学进展”,并被NatureMethods评为2018年度“年度方法--无限制行为动物成像”。目前,该研究组正在研究新一代双光子显微成像技术在临床诊断中的应用,为未来即时病理、离体组织检测、术中诊断等提供新的影像手段和分析方法。美国激光双光子显微镜光刺激双光子显微镜工作原理是利用两个光子的能量相加达到荧光激发能量阈值,来激发样品中荧光分子发出荧光信号。
在高光子密度的情况下,荧光分子可以同时吸收两个长波长的光子,然后发射出一个波长较短的光子,其效果和使用一个波长为长波长一半的光子去激发荧光分子是相同的(如下图)。如烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH),在单光子激发时,在波长为350nm光的激发下发出450nm荧光;而在双光子激发时,可采用750nm的激发光得到450nm荧光。由于双光子激发需要很高的光子密度,为了不损伤细胞,双光子显微镜使用高能量锁模脉冲激光器。这种激光器发出的激光具有很高的峰值能量和很低的平均能量,从而可以减少光漂白和光毒性带来的不利影响。
光学显微镜和电子显微镜本质的区别在于,光学显微镜:用的是可见光电子显微镜:用的是高频电子射波有什么区别,在于一个基本的原理,光的衍射。。。光波是一个有趣的东西,其中有一项,如果物体的体积小于光的波长,光一般可以绕过去,不发生明显变化。也就是说,有这个物体和没这个物体,在这种情况下,光是不会发生明显改变的。可见光的波长(肉眼):380~780纳米,也就是,如果比380纳米还要小的东西,用光学显微镜,无论你放大多少倍,也是看不见的。因为光绕过去了。。。光的衍射为了克服这个问题,科学家用波长更短的光去照射物体,也是就被观测物。比如10纳米级的光,这样,就能看到我们用肉眼无论如何都看不见的东西。这就是电子显微镜多说一句,光速是不变的。光速=频率×波长。波长越短,频率越大。。频率越大,光波的能量越大。这就是为什么电子显微镜的功率越大,能看到的东西越小。颜色取决于物体能反射光的波长的长短当你看到的物体小于较小可见光的波长,那它就是没有颜色的。。。因为颜色是肉眼对于可见光频率在大脑中的投影。。。。所以只能把他们统一变为黑白。。。没有颜色不是透明的意思,它们不是肉眼可见颜色的定义中包含的。双光子显微镜使用长波长脉冲光,是通过物镜汇聚的。
双光子显微镜(2PM)可以对钙离子传感器和谷氨酸传感器进行亚细胞分辨率的成像,从而测量不透明脑深部的活动。成像膜的电压变化可以直接反映神经元的活动,但神经元活动的速度对于常规的2PM来说太快了。目前,电压成像主要由宽视场显微镜实现,但其空间分辨率较差,且只能在浅深度成像。因此,为了以高空间分辨率成像不透明脑中膜电压的变化,需要将成像速率提高2PM。面向模块输出端的子脉冲序列可视为从虚拟光源阵列发出的光,这些子脉冲在中继到显微镜物镜后形成空间分离和时间延迟的聚焦阵列。然后,该模块被集成到一个带有高速数据采集系统的标准双光子荧光显微镜中,如图2所示。光源是重复频率为1MHz的920nm激光器。FACED模块可以产生80个脉冲焦点,脉冲时间间隔为2ns。这些焦点是虚拟源的图像。虚光源越远,物镜处的光束尺寸越大,焦点越小。光束可以沿Y轴比沿X轴更好地填充物镜,从而在X轴上产生0.82m和0.35m的横向分辨率。双光子显微镜明日之星--FemtoFiber ultra 920 。国内bruker双光子显微镜联系方式
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配合双光子激发技术,激光共聚扫描显微镜则能更好得发挥功效。那么,什么是双光子激发技术呢?在高光子密度的情况下,荧光分子可以同时吸收2个长波长的光子使电子跃迁到较高能级,经过一个很短的时间后,电子再跃迁回低能级同时放出一个波长为长波长一半的光子(P=h/λ)。利用这个原理,便诞生了双光子激发技术。双光子显微镜使用长波长脉冲激光,通过物镜汇聚,由于双光子激发需要很高的光子密度,而物镜焦点处的光子密度是比较高的,所以只有在焦点处才能发生双光子激发,产生荧光,该点产生的荧光再次穿过物镜,被光探头接收,从而达到逐点扫描的效果。美国ultima2PPLUS双光子显微镜分辨率是多少