美國清醒動物多光子顯微鏡研究

神經科學重要的研究工具-多光子顯微鏡作為神經科學重要的研究工具，近年來發(fā)展快速，品牌也眾多。我們通常都是在一間開著冷氣的房間里的超大防震臺上見過這樣一套設備。臺面上復雜的光路也讓我們在使用中小心翼翼，生怕弄壞了哪里而無從修復。你是否想象過一臺放在書桌邊上就能使用的多光子顯微鏡，一臺跟普通顯微鏡一樣操作簡便的多光子顯微鏡，一臺不用擔心會碰壞的多光子顯微鏡，一臺可以在不同實驗室之間搬來搬去的多光子顯微鏡，一臺可以從任意角度進行觀察掃描的多光子顯微鏡？滔博生物TOP-Bright是一家集研發(fā)，生產，銷售于一體的專注于神經科學產品及致力于向高校、科研機構等領域提供實驗室一體化方案的高科技企業(yè)。業(yè)務服務范圍已遍布至全國各地幾百家實驗室。目前公司主營產品是享譽全球的國際品牌和產品,這些儀器設備都是科學研究所必備且不可替代的基礎儀器帶寬足以覆蓋鈦藍寶石激光器的可調諧范圍和用于多光子顯微鏡的許多其它激光器的典型中心頻率。美國清醒動物多光子顯微鏡研究

基于多光子顯微鏡的神經成像技術原理：多光子顯微鏡可用于深度成像和三維成像，因此可用于拍攝不透明的厚樣品。目前主要使用的多光子顯微鏡包括雙光子顯微鏡和三光子顯微鏡。雙光子顯微鏡的結構與共焦類似，區(qū)別在于：1)雙光子顯微鏡的激發(fā)光波長比共焦長，能量較低，但穿透能力較強；2)雙光子顯微鏡沒有小孔，提高了檢測效率；3)雙光子顯微鏡成像深度較快提高。那么，為什么雙光子能具有共焦顯微鏡所沒有的優(yōu)勢呢？原因是它采用雙光子激發(fā)方式。使用波長較長的激發(fā)光子，光子的能量較低，因此電子需要吸收兩個這樣的激發(fā)光子才能達到激發(fā)態(tài)，從而釋放出一個熒光光子。因此，熒光信號的強度與光強的平方成正比。因為焦點處的光強較大，只能在焦點處激發(fā)熒光。波長越長，穿透力越強，因此雙光子顯微鏡的成像深度大于共焦顯微鏡。由于兩個光子只在焦點激發(fā)熒光，不需要小孔，而是將所有的熒光都收集起來，提高了檢測效率。三光子顯微鏡的原理類似于雙光子顯微鏡，利用三個激發(fā)光子可以實現(xiàn)更深的成像深度。由于使用了更長的激發(fā)波長，穿透能力更強，成像深度更大。此外，由于較強的非線性效應，熒光信號的強度與光強的立方成正比，因此比雙光子具有更低的非聚焦激發(fā)和背景噪聲。模塊化多光子顯微鏡代理商多光子顯微鏡涉及醫(yī)學、生物學、化學、物理學、電子學、工程學等學科，生產工藝相對復雜，進入門檻較高。

針對雙光子熒光顯微鏡的特點，從理論上分析雙光子成像特點，并搭建一套時間、空間分辨率高，能實時、動態(tài)、多參數(shù)測量的雙光子熒光顯微鏡系統(tǒng)。具體系統(tǒng)應實現(xiàn)∶（1）能對不同染料的雙光子熒光進行探測;（2）用特定染料對樣品標記以后，能實現(xiàn)雙光子熒光的三維成像;（3）通過實驗的研究，改進雙光子熒光顯微成像系統(tǒng);（4）在保證成像質量的前提下，簡化整個系統(tǒng)，使得實驗操作方便、安全。單光子激發(fā)熒光的過程，就是熒光分子吸收一個光子，從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，躍遷以后，能量較大的激發(fā)態(tài)分子，通過內轉換把部分能量轉移給周圍的分子，自己回到比較低電子激發(fā)態(tài)的比較低振動能級。處于比較低電子激發(fā)態(tài)的比較低振動能級像在生物醫(yī)學光學成像研究中顯示了較大的優(yōu)勢。而在顯微成像中，雙光子熒光顯微鏡憑其獨有的優(yōu)點，成為研究細胞結構和功能檢測的重要工具。

2020年，TonmoyChakraborty等人提出了一種加快2PM軸向掃描速度的方法[2]。在光學顯微鏡中，物鏡或樣品的緩慢軸向掃描速度限制了體積成像的速度。近年來，通過使用遠程聚焦技術或電可調諧透鏡（ETL）已經實現(xiàn)了快速軸向掃描；但是，遠程聚焦中反射鏡的機械驅動會限制軸向掃描速度，ETL會引入球面像差和更高階像差，從而無法進行高分辨率成像。為了克服這些局限性，該組引入了一種新穎的光學設計，能將橫向掃描轉換為可用于高分辨率成像的無球差的軸向掃描。該設計有兩種實現(xiàn)方式，第一種能夠執(zhí)行離散的軸向掃描，另一種能夠進行連續(xù)的軸向掃描。具體裝置如圖3a所示，由兩個垂直臂組成，每個臂中都有一個4F望遠鏡和一個物鏡。遠程聚焦臂包含一個檢流掃描鏡（GSM）和一個空氣物鏡（OBJ1），另一個臂（稱為照明臂）由一個水浸物鏡（OBJ2）構成。將這兩個臂對齊，以使GSM與兩個物鏡的后焦平面共軛。準直的激光束被偏振分束器反射到遠程聚焦臂中，GSM對其進行掃描，進而使得OBJ1產生的激光焦點進行橫向掃描。多光子顯微鏡中，極短的激光脈沖聚焦在樣品上的緊密點上，激發(fā)熒光團產生圖像。

對兩個遠距離（相距大于1-2mm）的成像部位，通常使用兩條單獨的路徑進行成像；對于相鄰區(qū)域，通常使用單個物鏡的多光束進行成像。多光束掃描技術必須特別注意激發(fā)光束之間的串擾問題，這個問題可以通過事后光源分離方法或時空復用方法來解決。事后光源分離方法指的是用算法來分離光束消除串擾；時空復用方法指的是同時使用多個激發(fā)光束，每個光束的脈沖在時間上延遲，這樣就可以暫時分離被不同光束激發(fā)的單個熒光信號。引入越多路光束就可以對越多的神經元進行成像，但是多路光束會導致熒光衰減時間的重疊增加，從而限制了區(qū)分信號源的能力；并且多路復用對電子設備的工作速率有很高的要求；大量的光束也需要更高的激光功率來維持近似單光束的信噪比，這會容易導致組織損傷。多光子顯微鏡作為一種研究微觀結構和功能的技術，在眾多領域得到了普遍的應用。嚙齒類多光子顯微鏡多光子激發(fā)

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在生物成像中，我司多光子顯微鏡具有清晰，快速，深層，活這四個方面。結合了多光子上轉化材料以及時間編碼的結構光超分辨技術，實現(xiàn)了快速（50MHz的掃描速度），超分辨（超衍射極限）成像。作為一種新的高速，超高分辨率的成像系統(tǒng)，MUTE-SIM可以幫助我們對快速運動的生物圖像進行分辨率高的成像。盡管關于深度成像的應用我們沒有進一步展示，但是結合1560nm近紅外光相對于可見光更佳的穿透性，我們相信該技術將有利于對生物組織進行高速，超分辨，高深度地成像，有助于生物影像學的發(fā)展。滔博生物TOP-Bright是一家集研發(fā)，生產，銷售于一體的專注于神經科學產品及致力于向高校、科研機構等領域提供實驗室一體化方案的高科技企業(yè)。業(yè)務服務范圍已遍布至全國各地幾百家實驗室。目前公司主營產品是享譽全球的國際品牌和產品,這些儀器設備都是科學研究所必備且不可替代的基礎儀器。美國清醒動物多光子顯微鏡研究