美国荧光激光双光子显微镜厂家

时间:2021年06月02日 来源:

目前,世界各国的脑科学研究如火如荼,中国的脑计划也即将启动。其中,关于全景式解析脑连接图谱和功能动态图谱的研究成为重点研究方向,而如何打破尺度壁垒,融合微观神经元和神经突触活动与大脑整体的信息处理和个体行为信息,是领域内亟待解决的一个关键挑战。

2021年1月6日,由北京大学分子医学研究所牵头,联合北大信息科学技术学院电子学系、工学院以及中国人民******医学科学院等组成的跨学科团队,在Nature Methods在线发表题为 “Miniature two-photon microscopy for enlarged field-of-view, multi-plane, and long-term brain imaging”的文章。文中报道了第二代微型化双光子荧光显微镜FHIRM-TPM 2.0,其成像视野是该团队于2017年发布的低1代微型化显微镜的7.8倍,同时具备三维成像能力,获取了小鼠在自由运动行为中大脑三维区域内上千个神经元清晰稳定的动态功能图像,并且实现了针对同一批神经元长达一个月的追踪记录。 双光子显微镜角膜成像;美国荧光激光双光子显微镜厂家

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和很多伟大的科学发明一样,双光子显微镜的出现也有一点偶然,但正是那瞬间的灵感为生物科学尤其是神经科学带来了一种**性的成像技术:双光子激发荧光显微镜。

1990年初,当Winfried Denk刚从康奈尔大学博士毕业准备前往瑞士读博后时,他看了一本关于激光扫描显微镜的书,从中了解到非线性光学效应——强光和物质的相互作用。当时,Denk有同事研究生物样品中的钙离子但苦于没有强大的紫外激光器和光学元件,于是他就想到如果使用双光子吸收就能够绕开紫外,换言之,与其通过一个紫外光子激发标记的钙离子,通过两个双倍波长的可见光光子也能激发相同的荧光。

有了想法后马上实验。借了一套染料飞秒激光器,Denk联合他的导师Watt Webb及其博士生James Strickler只用六个小时就完成了实验搭建,采集数据则用了两到三天,于是一篇里程碑式的文章就此诞生了。 国外ultima2PPLUS双光子显微镜分辨率如果已经有了飞秒光,就可以几套双光子显微镜共享一台,只需分光即可。

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双光子显微镜是结合了激光扫描共聚焦显微镜和双光子激发技术的一种新技术。双光子激发的基本原理是: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,在经过一个很短的所谓激发态寿命的时间后,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。

双(多)光子成像优势在于,具有更深的组织穿透深度,利用红外光,能够在层面检测极限达1mm的组织区域;因信号背景比高,而具有更高的对比度;因激发体积小,具有定点激发的特性,具有更少的光毒性;激发波长由紫外、可见光调整为红外激发,能够更加安全。

在深度组织中以较长时间对活细胞成像,双光子显微镜是当前之选。双光子和共聚焦显微镜都是通过激光激发样品中的荧光标记,使用探测器测量被激发的荧光。但是,共聚焦一般使用单模光纤耦合激光器,通过单光子激发荧光,而双光子使用飞秒激光器,通过几乎同时吸收两个长波光子激发荧光。下面是两种技术的对比图。双光子激发荧光的主要优势:双光子比共聚焦使用的更长的波长,所以对组织的损伤更小且穿透更深。共聚焦的成像深度一般为100微米,双光子则能达到250到500微米,甚至超过1毫米。另外,同时吸收两个光子意味只有较强度聚焦点处能被激发,所以不会损伤焦平面之外的组织,并且生成更清晰的图像。双光子显微镜大量运营在实验室当中;

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从双光子的原理和特点我们就可以明显的得出双光子的优点:

☆ 光损伤小:由于双光子显微镜使用的是可见光或近红外光作为激发光源,这一波段的光对***细胞和组织的光损伤小,适用于长时间的研究;

☆ 穿透能力强:相对于紫外光,可见光和近红外光都具有更强的穿透能力,因而受生物组织散射的影响更小,解决对生物组织中深层物质的层析成像研究问题;

☆ 高分辨率:由于双光子吸收截面很小,只有在焦平面很小的区域内可以激发出荧光,双光子吸收只局限于焦点处的体积约为波长3次方的范围内;

☆ 漂白区域小:由于激发只存在于交点处,所以焦点以外的区域都不会发生光漂白现象;

☆ 荧光收集率高:与共聚焦成像相比,双光子成像不需要光学滤波器(共焦***),这样就提高了对荧光的收集率,而收集率的提高直接导致图像对比度的提高;

☆ 图像对比度高:由于荧光波长小于入射波长,因而瑞利散射产生的背景噪声只有单光子激发时的1/16,较大降低了散射的干扰;

☆ 光子跃迁具有很强的选择激发性,所以可以对生物组织中一些特殊物质进行成像研究;


双光子显微镜在各领域研究中已有许多成功实例;进口bruker双光子显微镜光子探测

双光子显微镜的性能得到不断地优化,结合它的特点,大致可以分成深和活两个方面的提升。美国荧光激光双光子显微镜厂家

双光子显微镜的基本原理是: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,在经过一个很短的所谓激发态寿命的时间后,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。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,其脉冲宽度只有 100 飞秒,而其周期可以达到 80至100兆赫兹。在使用高数值孔径的物镜将脉冲激光的光子聚焦时,物镜的焦点处的光子密度是比较高的,双光子激发只发生在物镜的焦点上,所以双光子显微镜不需要共聚焦***,提高了荧光检测效率。美国荧光激光双光子显微镜厂家

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