SternandJeanMarx在評(píng)論中說(shuō):祖家能夠在更為精細(xì)的層次研究樹(shù)突的功能,這在以前是完全不可能的。新的技術(shù)(如腦片的膜片鉗和雙光子顯微使人們對(duì)樹(shù)突的計(jì)算和神經(jīng)信號(hào)處理中的作用有了更好的理解。他們解釋了是樹(shù)突模式和形狀多樣性,及其獨(dú)特的電、及其獨(dú)特的電化學(xué)特征使神經(jīng)元完成了一系列的專門(mén)任務(wù)。雙光子與共聚焦在發(fā)育生物學(xué)中的應(yīng)用雙光子∶每2.5分鐘掃描一次,觀察24小時(shí),發(fā)育到桑椹胚和胚泡階段共聚焦∶每15分鐘掃描一次,觀察8小時(shí)后細(xì)胞分裂停止,不能發(fā)育到桑椹胚和胚泡階段共聚焦激發(fā)時(shí)的細(xì)胞存活率為多光子系統(tǒng)的10~20%。從雙光子到三光子甚至四光子,這種非線性成像技術(shù)通常也被統(tǒng)稱為多光子顯微鏡。全自動(dòng)多光子顯微鏡應(yīng)用
快速光柵掃描有多種實(shí)現(xiàn)方式,使用振鏡進(jìn)行快速2D掃描,將振鏡和可調(diào)電動(dòng)透鏡結(jié)合在一起進(jìn)行快速3D掃描,但可調(diào)電動(dòng)透鏡由于機(jī)械慣性的限制在軸向無(wú)法快速進(jìn)行焦點(diǎn)切換,影響成像速度,現(xiàn)可使用空間光調(diào)制器(SLM)代替。遠(yuǎn)程聚焦也是一種實(shí)現(xiàn)3D成像的手段,如圖2所示。在LSU模塊中,掃描振鏡進(jìn)行橫向掃描,ASU模塊包括物鏡L1和反射鏡M,通過(guò)調(diào)控M的位置實(shí)現(xiàn)軸向掃描。該技術(shù)不僅可以校正主物鏡L2引入的光學(xué)像差,還可以進(jìn)行快速的軸向掃描。想要獲得更多神經(jīng)元成像,可以通過(guò)調(diào)整顯微鏡的物鏡設(shè)計(jì)來(lái)擴(kuò)大FOV,但是具有大NA和大FOV的物鏡通常重量較大,無(wú)法快速移動(dòng)以進(jìn)行快速軸向掃描,因此大型FOV系統(tǒng)需要依賴于遠(yuǎn)程聚焦、SLM和可調(diào)電動(dòng)透鏡。高速高分辨率多光子顯微鏡數(shù)據(jù)采集多光子激光掃描顯微鏡采用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅外激光,能量脈沖式激發(fā),紅外光比可見(jiàn)光在生物組織中的穿透力更強(qiáng)。
多光子顯微優(yōu)點(diǎn):☆光損傷?。河捎陔p光子顯微鏡使用的是可見(jiàn)光或近紅外光作為激發(fā)光源,這一波段的光對(duì)細(xì)胞和組織的光損傷小,適用于長(zhǎng)時(shí)間的研究;☆穿透能力強(qiáng):相對(duì)于紫外光,可見(jiàn)光和近紅外光都具有更強(qiáng)的穿透能力,因而受生物組織散射的影響更小,解決對(duì)生物組織中深層物質(zhì)的層析成像研究問(wèn)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(nèi)可以激發(fā)出熒光,雙光子吸收*局限于焦點(diǎn)處的體積約為波長(zhǎng)3次方的范圍內(nèi);☆漂白區(qū)域?。河捎诩ぐl(fā)只存在于交點(diǎn)處,所以焦點(diǎn)以外的區(qū)域都不會(huì)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(xué)濾波器,這樣就提高了對(duì)熒光的收集率,而收集率的提高直接導(dǎo)致圖像對(duì)比度的提高;☆圖像對(duì)比度高:由于熒光波長(zhǎng)小于入射波長(zhǎng),因而瑞利散射產(chǎn)生的背景噪聲只有單光子激發(fā)時(shí)的1/16,降低了散射的干擾;☆光子躍遷具有很強(qiáng)的選擇激發(fā)性,所以可以對(duì)生物組織中一些特殊物質(zhì)進(jìn)行成像研究;☆避免組織自發(fā)熒光的干擾,獲得較強(qiáng)的樣品熒光:生物組織中的自發(fā)熒光物質(zhì)的激發(fā)波長(zhǎng)一般在350~560nm范圍內(nèi),采用近紅外或紅外波段的激光作為光源,能**降低生物組織對(duì)激發(fā)光吸收。
對(duì)于雙光子(2P)成像,散焦和近表面熒光激發(fā)是兩個(gè)相對(duì)較大的深度限制因素,而對(duì)于三光子(3P)成像,這兩個(gè)問(wèn)題**減少。然而,由于熒光團(tuán)的吸收截面遠(yuǎn)小于2P,三光子成像需要更高的脈沖能量才能獲得與2P相同激發(fā)強(qiáng)度的熒光信號(hào)。功能性3P顯微鏡比結(jié)構(gòu)性3P顯微鏡要求更高,后者需要更快的掃描速度以便及時(shí)采樣神經(jīng)元活動(dòng)。為了在每個(gè)像素的停留時(shí)間內(nèi)收集足夠的信號(hào),需要更高的脈沖能量。復(fù)雜的行為通常涉及大規(guī)模的大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),這些網(wǎng)絡(luò)既有本地連接,也有遠(yuǎn)程連接。為了將神經(jīng)元的活動(dòng)與行為聯(lián)系起來(lái),需要同時(shí)監(jiān)測(cè)***分布的超大型神經(jīng)元的活動(dòng)。大腦中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將在幾十毫秒內(nèi)處理輸入的刺激。為了理解這種快速神經(jīng)元?jiǎng)恿W(xué),MPM需要快速成像神經(jīng)元的能力??焖費(fèi)PM方法可分為單束掃描技術(shù)和多束掃描技術(shù)。世界多光子激光掃描顯微鏡產(chǎn)業(yè)主要布局在德國(guó)和日本,德國(guó)是徠卡顯微系統(tǒng)和蔡司。
多光子顯微鏡對(duì)成像深度的改善利用紅光或紅外光激發(fā),光散射?。ㄐ×W拥纳⑸渑c波長(zhǎng)的四次方的成反比)。不需要***,能更多收集來(lái)自成像截面的散射光子。***不能區(qū)分由離焦區(qū)域或焦點(diǎn)區(qū)發(fā)射出的散射光子,多光子在深層成像信噪比好。單光子激發(fā)所用的紫外或可見(jiàn)光在光束到達(dá)焦平面之前易被樣品吸收而衰減,不易對(duì)深層激發(fā)。多光子熒光成像的特點(diǎn)。深度成像∶與共聚焦相比能更好地對(duì)厚散射物質(zhì)成像。信噪比∶多光子吸收采用的波長(zhǎng)是單光子吸收的2倍以上,所以顯微試樣中的瑞利散射更小,熒光測(cè)定的信噪比更高。觀察活細(xì)胞∶離子測(cè)量(i.e.Ca2+),GFP,發(fā)育生物學(xué)等—減少了光毒性和光漂白,能對(duì)細(xì)胞長(zhǎng)時(shí)間觀察。多光子顯微鏡中,極短的激光脈沖聚焦在樣品上的緊密點(diǎn)上,激發(fā)熒光團(tuán)產(chǎn)生圖像。美國(guó)進(jìn)口多光子顯微鏡價(jià)格多少
多光子顯微鏡之類的先進(jìn)光學(xué)技術(shù)能夠在活生物體的大腦表面下更深地成像。全自動(dòng)多光子顯微鏡應(yīng)用
單束掃描技術(shù)可以高速遍歷大視場(chǎng)(FOV)的神經(jīng)組織:使用MPM對(duì)神經(jīng)元進(jìn)行成像時(shí),通過(guò)隨機(jī)訪問(wèn)掃描—即激光束在整個(gè)視場(chǎng)上的任意選定點(diǎn)上進(jìn)行快速掃描—可以只掃描感興趣的神經(jīng)元,這樣不僅避免掃描到任何未標(biāo)記的神經(jīng)纖維,還可以優(yōu)化激光束的掃描時(shí)間。隨機(jī)訪問(wèn)掃描(圖1)可以通過(guò)聲光偏轉(zhuǎn)器(AOD)來(lái)實(shí)現(xiàn),其原理是將具有一個(gè)射頻信號(hào)的壓電傳感器粘在合適的晶體上,所產(chǎn)生的聲波引起周期性的折射率光柵,激光束通過(guò)光柵時(shí)發(fā)生衍射。通過(guò)射頻電信號(hào)調(diào)控聲波的強(qiáng)度和頻率從而可以改變衍射光的強(qiáng)度和方向,這樣使用1個(gè)AOD就可以實(shí)現(xiàn)一維橫向的任意點(diǎn)掃描,利用1對(duì)AOD,結(jié)合其他軸向掃描技術(shù)可實(shí)現(xiàn)3D的隨機(jī)訪問(wèn)掃描。但是該技術(shù)對(duì)樣本的運(yùn)動(dòng)很敏感,易出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)偽影。目前,快速光柵掃描即在FOV中進(jìn)行逐行掃描,由于利用算法可以輕松解決運(yùn)動(dòng)偽影而被普遍的使用。全自動(dòng)多光子顯微鏡應(yīng)用