從雙光子的原理和特點我們就可以明顯的得出雙光子的優(yōu)點:☆光損傷?。河捎陔p光子顯微鏡使用的是可見光或近紅外光作為激發(fā)光源,這一波段的光對細胞和組織的光損傷小,適用于長時間的研究;☆穿透能力強:相對于紫外光,可見光和近紅外光都具有更強的穿透能力,因而受生物組織散射的影響更小,解決對生物組織中深層物質的層析成像研究問題;☆高分辨率:由于雙光子吸收截面很小,只有在焦平面很小的區(qū)域內可以激發(fā)出熒光,雙光子吸收只局限于焦點處的體積約為波長3次方的范圍內;☆漂白區(qū)域?。河捎诩ぐl(fā)只存在于交點處,所以焦點以外的區(qū)域都不會發(fā)生光漂白現(xiàn)象;☆熒光收集率高:與共聚焦成像相比,雙光子成像不需要光學濾波器(共焦),這樣就提高了對熒光的收集率,而收集率的提高直接導致圖像對比度的提高;☆圖像對比度高:由于熒光波長小于入射波長,因而瑞利散射產生的背景噪聲只有單光子激發(fā)時的1/16,明顯降低了散射的干擾;☆光子躍遷具有很強的選擇激發(fā)性,所以可以對生物組織中一些特殊物質進行成像研究;雙光子顯微鏡使用的是高能量鎖模脈沖器。investigator雙光子顯微鏡授權商
王愛民副教授結合工作實例,展示了雙光子顯微鏡的研發(fā)與應用。歷經3年多的協(xié)同奮戰(zhàn),成功研制新一代高速分辨微型化雙光子熒光顯微鏡,重量只為2.2克,這一微型顯微鏡獲取了小鼠在自由行為過程中大腦神經元和神經突觸活動清晰、穩(wěn)定的圖像,該顯微鏡適于佩戴在小動物頭部,可實時記錄數(shù)十個神經元、上千個神經突觸的動態(tài)信號,在大型動物上,還可望實現(xiàn)多探頭佩戴、多顱窗不同腦區(qū)的長時程觀測。雙光子顯微成像的在生物醫(yī)學研究和醫(yī)療領域應用有較大的應用前景,首先雙光子顯微鏡能夠進行細胞和組織結構成像,在亞微米級成像,此功能與目前市場上的共聚焦類顯微鏡性能類似;雙光子顯微成像能夠實時、在體、原位、無創(chuàng)地,根據(jù)不同物質組份的光譜特性,區(qū)分成像;雙光子顯微鏡能夠進行生化指標成像,在無造影劑的前提下,利用自發(fā)熒光、二次諧波、熒光獲得活細胞生化信息。美國bruker雙光子顯微鏡光刺激雙光子顯微鏡使用高能量鎖模脈沖器。
TOPTICAFemtoFiberultra920超快光纖激光器是一種易于操作且無需維護的激光系統(tǒng)。其輸出波長為920nm,非常適合常規(guī)熒光基團(如GFP,eGFP,Eosin,GCaMP,CFP,Calcein或者Venus)的雙光子激發(fā)。能給熒光基團提供比較高的峰值功率,常用于神經科學和其他與激光有關的生物光子學學科。而且其獨特設計(制造簡單且經濟高效的光源)對雙光子熒光顯微鏡發(fā)展的革新具有潛在的可能。在雙光子顯微鏡中,峰值功率就是亮度!如果您希望獲得比較好的圖像亮度,那么你就需要短脈沖,高功率,較重要的是需要干凈的時間脈沖形狀。FemtoFiberultra920具有足夠高的輸出功率,較短的脈沖和獨特的Clean-Pulse技術,以及具有相對比較高的峰值功率,使得其在雙光子顯微鏡中可以實現(xiàn)****的亮度,而不會對樣品造成不必要的加熱。FemtoFiberultra920交鑰匙,完全集成的色散補償(可確保樣品處的脈沖較短),內置的功率控制,操作直觀以及其堅固而緊湊的設計,使該系統(tǒng)具有極為友好的用戶體驗,是非線性顯微鏡應用的較好解決方案。例如熒光蛋白的雙光子激發(fā)和基于SHG的對比機制。
N摻雜可以明顯影響碳點(CDs)的發(fā)射和激發(fā)特性,使雙光子碳點(TP-CDs)具有本征雙光子激發(fā)特性和605 nm的紅光發(fā)射特性。在638 nm激光照射下,除了長波激發(fā)和發(fā)射外,還可以實現(xiàn)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(huán)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(xiàn)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(fā)和發(fā)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(tài)變化實時處理的智能CDs。雙光子顯微鏡是新型的熒光顯微鏡,其原理大致是這樣的;
雙光子吸收理論早在1931年就由諾獎得主提出,30年后因為有了激光才得到實驗驗證,但是到WinfriedDenk發(fā)明雙光子顯微鏡又用了將近30年。要理解雙光子的技術挑戰(zhàn)和飛秒激光發(fā)揮的重要作用,首先要了解其中的非線性過程。雙光子吸收相當于和頻產生非線性過程,這要求極高的電場強度,而電場取決于聚焦光斑大小和激光脈寬。聚焦光斑越小,脈寬越窄,雙光子吸收效率越高。對于衍射極限顯微鏡,聚焦在樣品上的光斑大小只和物鏡NA和激光波長有關,所以關鍵變量只剩下激光脈寬。基于以上分析,能夠以高重頻(100MHz)輸出超短脈沖(100fs量級)的飛秒激光器成了雙光子顯微鏡的標準激發(fā)光源。這也再次說明雙光子顯微鏡的優(yōu)勢:只有焦平面處才能形成雙光子吸收,而焦平面之外由于光強低無法被激發(fā),所以雙光子成像更清晰。WinfriedDenk初使用的光源是染料飛秒激光器(100fs脈寬、630nm可見光波長)。雖然染料激光器對于實驗室演示尚可,但是使用很不方便所以遠未實現(xiàn)商用。很快雙光子顯微鏡的標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,鈦寶石激光器還具有較寬的近紅外波長調諧范圍,而近紅外相比可見光穿透更深,對生物樣品損傷更小。雙光子顯微鏡不需要共聚焦細孔,提高了熒光檢測效率。國內ultima雙光子顯微鏡光子探測
雙光子顯微鏡放大倍數(shù)是多少?investigator雙光子顯微鏡授權商
要想讓激發(fā)激光進入更深的層面,大致可從兩個方面入手,裝置優(yōu)化與標本改造。關于裝置優(yōu)化,我們可以把激光束變得更細,使能量更加集中,就能讓激光穿透更深。關于標本,其中影響光傳播的主要是物質吸收和散射,解決這個問題,我們需要對樣本進行透明化處理。一種方法是運用某種物質將標本浸泡,使其中的物質(主要是脂質)被破壞或溶解。另一種方法是運用電泳將脂質電解,讓標本“透明度”提高。高光子密度帶來的高能量容易損傷細胞,所以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,其脈沖達到最大值所持續(xù)的周期只有十萬億分之一秒,而其頻率可以達到80至100兆赫,這樣即能達到雙光子激發(fā)的高光子密度要求,又能不損傷細胞,使掃描能更好地進行。investigator雙光子顯微鏡授權商
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