雙光子顯微鏡的優(yōu)勢: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(fā)樣品中的熒光標記,使用探測器測量被激發(fā)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(fā)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(fā)熒光。下面是兩種技術(shù)的對比圖。雙光子激發(fā)熒光的主要優(yōu)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(fā),所以不會損傷焦平面之外的組織,并且生成更清晰的圖像。雙光子顯微鏡還可以對一些具有雙光子特性的染料細胞進行特定實驗;2PPLUS雙光子顯微鏡分辨率是多少
雙光子顯微鏡為什么穿透能力強?生物組織在近紅外波段存在兩個窗口,第1個近紅外窗口對應波長在700nm-900nm,第2個近紅外窗口對應波長在1000nm-1400nm之間。舉例說明就是單晶硅對于可見光幾乎是不透明的,但是對于紅外波段就像是“水晶”一樣通透性很好了。原因有兩點:1.生物組織對紅外光的吸收弱,對可見光吸收強。類似的,平時用手電筒照射手指,會看到手通透紅亮,也是由于生物組織對長波長的紅光吸收少。2.生物組織對紅外光的散射弱。因為瑞利散射的強度反比于波長λ的四次方。類似的,早晨的太陽非常紅,也就是因為長波長的紅光穿透力更強。這兩點共同導致長波長的紅外光比可見光對生物組織的穿透能力強。國外雙光子顯微鏡圖像對比度雙光子顯微鏡比單光子共聚焦顯微鏡較大的不同在于無須使用孔限制光學散射。
2008年錢永健等人由于熒光蛋白(GFP,綠色熒光蛋白)的發(fā)現(xiàn)和使用,獲得了諾貝爾化學獎,是對熒光成像技術(shù)的一次巨大肯定和推動。與熒光蛋白以及熒光染料等標記物在細胞中的定位與表達技術(shù)相結(jié)合,使得科學家可以特異性的分辨生物體乃至細胞內(nèi)部不同結(jié)構(gòu)與成分,并且能夠在生命體和細胞仍具有活性的狀態(tài)下(狀態(tài))對其功能進行動態(tài)觀察。這就使得熒光成像技術(shù)成為了無可替代的,生物學家現(xiàn)今較為重要的技術(shù)手段之一。目前,大多數(shù)細胞生物學和生理學研究主要還是在離體培養(yǎng)的細胞體系中研究。然而與細胞生物學研究有所不同的是,大腦的功能研究的整體性和原位性顯得更加關(guān)鍵:只研究分離的神經(jīng)元無法解釋神經(jīng)系統(tǒng)的功能和規(guī)律。由于被觀測的信號會受到樣本組織的散射和吸收,根本無法穿透如此深的組織進行成像。而雙光子顯微鏡(Two-photonMicroscopy,簡稱TPM)的發(fā)明,則為此類研究帶來了希望。
Itrytoexplainwhytwo-photonmicroscopyhasadeeperimagingdepththanone-photonmicroscopy,intheareaofbiomedicalimaging.Manyofthebiomedicalimagingmodalities,nomatterone-photon(confocal)ormulti-photon(two-photon),uselasersaslightsourceandrequirecompatiblefluorescentdyes.Fluorescentdyeshavetheirownexcitationwavelength,andtheycaneitherbeexcitedbyasinglephotonwiththephotonenergyofthatexcitationwavelength(E=hv=h*c/λ);orbytwophotons,arrivingalmostatthesametime,buteachwithapproximatelyhalfoftheenergy,henceofdoublewavelengththanone-photon(0.5E->2λ).Theformeristheprincipleofone-photonmicroscopyandthelatteristheprincipleoftwo-photonmicroscopy.Whenimagingthesamefluorescentdye,sincetwo-photoncoulduseapproximatelydoubledwavelengthcomparedwithsingle-photon,two-photoncanobviouslypenetrateddeeperintothetissueduetolessscattering(longerwavelength,lessscattering).雙光子顯微鏡還可以對一些具有特性的染料細胞進行實驗,還有一些短波長可以利用雙光子特性進行特定實驗。
光學顯微鏡和電子顯微鏡本質(zhì)的區(qū)別在于,光學顯微鏡:用的是可見光電子顯微鏡:用的是高頻電子射波有什么區(qū)別,在于一個基本的原理,光的衍射。。。光波是一個有趣的東西,其中有一項,如果物體的體積小于光的波長,光一般可以繞過去,不發(fā)生明顯變化。也就是說,有這個物體和沒這個物體,在這種情況下,光是不會發(fā)生明顯改變的。可見光的波長(肉眼):380~780納米,也就是,如果比380納米還要小的東西,用光學顯微鏡,無論你放大多少倍,也是看不見的。因為光繞過去了。。。光的衍射為了克服這個問題,科學家用波長更短的光去照射物體,也是就被觀測物。比如10納米級的光,這樣,就能看到我們用肉眼無論如何都看不見的東西。這就是電子顯微鏡多說一句,光速是不變的。光速=頻率×波長。波長越短,頻率越大。。頻率越大,光波的能量越大。這就是為什么電子顯微鏡的功率越大,能看到的東西越小。顏色取決于物體能反射光的波長的長短當你看到的物體小于較小可見光的波長,那它就是沒有顏色的。。。因為顏色是肉眼對于可見光頻率在大腦中的投影。。。。所以只能把他們統(tǒng)一變?yōu)楹诎?。。。沒有顏色不是透明的意思,它們不是肉眼可見顏色的定義中包含的。雙光子顯微鏡能夠進行光裂解、光轉(zhuǎn)染和光損傷等光學操縱。激光熒光雙光子顯微鏡熒光壽命計數(shù)
成像平臺倒置雙光子顯微鏡啟用顯微鏡自帶調(diào)焦設備。2PPLUS雙光子顯微鏡分辨率是多少
像差問題一直困擾著光學領(lǐng)域的工作者。像差會使光波前發(fā)生形變,不僅降低成像的信噪比和分辨率,使得很多時候我們只能“霧里看花”,更甚者,產(chǎn)生贗像,或無法獲得有意義的圖像。像差問題對雙光子成像的影響尤為嚴重,因為在那里,熒光信號對入射光強度的依賴是平方關(guān)系,一旦入射光波前形變,不僅聚焦強度大幅下降,成像分辨率也急劇惡化。因此,如何解決像差問題,實現(xiàn),例如小鼠大腦皮層,深層區(qū)域的高質(zhì)量成像成為光學成像發(fā)展中相當有挑戰(zhàn)性的問題之一。2PPLUS雙光子顯微鏡分辨率是多少