雙光子顯微鏡(2PM)可以對(duì)鈣離子傳感器和谷氨酸傳感器進(jìn)行亞細(xì)胞分辨率的成像,從而測(cè)量不透明腦深部的活動(dòng)。成像膜的電壓變化可以直接反映神經(jīng)元的活動(dòng),但神經(jīng)元活動(dòng)的速度對(duì)于常規(guī)的2PM來說太快了。目前,電壓成像主要由寬視場(chǎng)顯微鏡實(shí)現(xiàn),但其空間分辨率較差,且只能在淺深度成像。因此,為了以高空間分辨率成像不透明腦中膜電壓的變化,需要將成像速率提高2PM。面向模塊輸出端的子脈沖序列可視為從虛擬光源陣列發(fā)出的光,這些子脈沖在中繼到顯微鏡物鏡后形成空間分離和時(shí)間延遲的聚焦陣列。然后,該模塊被集成到一個(gè)帶有高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)雙光子熒光顯微鏡中,如圖2所示。光源是重復(fù)頻率為1MHz的920nm激光器。FACED模塊可以產(chǎn)生80個(gè)脈沖焦點(diǎn),脈沖時(shí)間間隔為2ns。這些焦點(diǎn)是虛擬源的圖像。虛光源越遠(yuǎn),物鏡處的光束尺寸越大,焦點(diǎn)越小。光束可以沿Y軸比沿X軸更好地填充物鏡,從而在X軸上產(chǎn)生0.82m和0.35m的橫向分辨率。雙光子顯微鏡角膜成像。ultima雙光子顯微鏡光損傷
第二代微型化雙光子熒光顯微鏡FHIRM-TPM2.0,其成像視野是該團(tuán)隊(duì)于2017年發(fā)布的代微型化顯微鏡的7.8倍,同時(shí)具備三維成像能力,獲取了小鼠在自由運(yùn)動(dòng)行為中大腦三維區(qū)域內(nèi)上千個(gè)神經(jīng)元清晰穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)功能圖像,并且實(shí)現(xiàn)了針對(duì)同一批神經(jīng)元長(zhǎng)達(dá)一個(gè)月的追蹤記錄。在一批“早鳥項(xiàng)目”中,該系統(tǒng)已被多個(gè)研究組應(yīng)用于不同的模式動(dòng)物和行為范式,如小鼠的社交新穎性識(shí)別、斑胸草雀受調(diào)控后大腦特定神經(jīng)元變化、新型神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿探針的傳導(dǎo)適應(yīng)性分析以及獼猴三腦區(qū)成像等多項(xiàng)研究。國(guó)內(nèi)2PPLUS雙光子顯微鏡光子探測(cè)雙光子顯微鏡是新型的熒光顯微鏡,其原理大致是這樣的;
其實(shí)電子顯微鏡相比光學(xué)顯微鏡的重要優(yōu)勢(shì)或意義不在于放大倍數(shù),而在于超高的分辨率。這兩者是不同的。一般來說,觀察時(shí),除了放大物體外,還需要將其與其他相鄰物體區(qū)分開來。如果兩個(gè)相鄰粒子的圖像在光學(xué)顯微鏡下,即使放大很大程度,也可能看到兩個(gè)相交的亮點(diǎn)(艾里斑),沒有明顯的邊界(更不用說細(xì)節(jié)了),說明分辨率不夠。沒有分辨率談放大是沒有意義的。光學(xué)顯微鏡的分辨率極限是阿貝極限,大約是光波波長(zhǎng)的一半。通常稱之為光學(xué)顯微鏡的放大極限,但準(zhǔn)確的說應(yīng)該叫分辨率極限。原因是光的衍射,根本原因是光的波粒二象性。電子衍射實(shí)驗(yàn)證明了電子的波動(dòng)性,所以在電子顯微鏡中用電子代替光是可能的。電子顯微鏡也有很多種,被攝體像REM。也有根據(jù)衍射規(guī)律觀察的電子顯微鏡,如低能電子衍射(LEED)和透射電子顯微鏡(TEM)。兩者主要用于觀察晶體,根據(jù)晶體的周期特性在倒易空間產(chǎn)生衍射像,借助埃爾沃德球或傅里葉變換將其變換到實(shí)空間,即可得到真實(shí)的晶體表面像。
而配合了雙光子激發(fā)技術(shù),激光共聚掃描顯微鏡則能更好得發(fā)揮功效。那么,什么是雙光子激發(fā)技術(shù)呢?在高光子密度的情況下,熒光分子可以同時(shí)吸收2個(gè)長(zhǎng)波長(zhǎng)的光子使電子躍遷到較高能級(jí),經(jīng)過一個(gè)很短的時(shí)間后,電子再躍遷回低能級(jí)同時(shí)放出一個(gè)波長(zhǎng)為長(zhǎng)波長(zhǎng)一半的光子(P=h/λ)。利用這個(gè)原理,便誕生了雙光子激發(fā)技術(shù)。雙光子顯微鏡使用長(zhǎng)波長(zhǎng)脈沖激光,通過物鏡匯聚,由于雙光子激發(fā)需要很高的光子密度,而物鏡焦點(diǎn)處的光子密度是比較高的,所以只有在焦點(diǎn)處才能發(fā)生雙光子激發(fā),產(chǎn)生熒光,該點(diǎn)產(chǎn)生的熒光再穿過物鏡,被光探頭接收,從而達(dá)到逐點(diǎn)掃描的效果。雙光子顯微鏡不需要共聚焦細(xì)孔,提高了熒光檢測(cè)效率。
基因編碼的熒光探針可用于在突觸和細(xì)胞分辨率下監(jiān)測(cè)體內(nèi)神經(jīng)元信號(hào),這是揭示動(dòng)物神經(jīng)活動(dòng)復(fù)雜機(jī)制的關(guān)鍵。雙光子顯微鏡(2PM)可以對(duì)鈣離子傳感器和谷氨酸傳感器進(jìn)行亞細(xì)胞分辨率的成像,從而測(cè)量不透明腦深部的活動(dòng)。成像膜的電壓變化可以直接反映神經(jīng)元的活動(dòng),但神經(jīng)元活動(dòng)的速度對(duì)于常規(guī)的2PM來說太快了。目前,電壓成像主要由寬視場(chǎng)顯微鏡實(shí)現(xiàn),但其空間分辨率較差,且只能在淺深度成像。因此,為了以高空間分辨率成像不透明腦中膜電壓的變化,需要將成像速率提高2PM。面向模塊輸出端的子脈沖序列可視為從虛擬光源陣列發(fā)出的光,這些子脈沖在中繼到顯微鏡物鏡后形成空間分離和時(shí)間延遲的聚焦陣列。然后,該模塊被集成到一個(gè)帶有高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)雙光子熒光顯微鏡中,如圖2所示。光源是重復(fù)頻率為1MHz的920nm激光器。FACED模塊可以產(chǎn)生80個(gè)脈沖焦點(diǎn),脈沖時(shí)間間隔為2ns。這些焦點(diǎn)是虛擬源的圖像。虛光源越遠(yuǎn),物鏡處的光束尺寸越大,焦點(diǎn)越小。光束可以沿Y軸比沿X軸更好地填充物鏡,從而在X軸上產(chǎn)生0.82m和0.35m的橫向分辨率。雙光子顯微鏡還可以對(duì)一些具有雙光子特性的染料細(xì)胞進(jìn)行特定實(shí)驗(yàn);國(guó)內(nèi)2PPLUS雙光子顯微鏡光子探測(cè)
雙光子顯微鏡觀察到的現(xiàn)象證明了鈣離子的增加依賴于肌體觸發(fā)的鈉離子作用電勢(shì)。ultima雙光子顯微鏡光損傷
雙光子熒光顯微鏡是結(jié)合了激光掃描共聚焦顯微鏡和雙光子激發(fā)技術(shù)的一種新技術(shù)。雙光子激發(fā)的基本原理是:在高光子密度的情況下,熒光分子可以同時(shí)吸收2個(gè)長(zhǎng)波長(zhǎng)的光子,在經(jīng)過一個(gè)很短的所謂激發(fā)態(tài)壽命的時(shí)間后,發(fā)射出一個(gè)波長(zhǎng)較短的光子;其效果和使用一個(gè)波長(zhǎng)為長(zhǎng)波長(zhǎng)一半的光子去激發(fā)熒光分子是相同的。雙(多)光子成像優(yōu)勢(shì)在于,具有更深的組織穿透深度,利用紅外光,能夠在層面檢測(cè)極限達(dá)1mm的組織區(qū)域;因信號(hào)背景比高,而具有更高的對(duì)比度;因激發(fā)體積小,具有定點(diǎn)激發(fā)的特性,具有更少的光毒性;激發(fā)波長(zhǎng)由紫外、可見光調(diào)整為紅外激發(fā),使其能夠更加安全。ultima雙光子顯微鏡光損傷