在多光子顯微鏡(也稱為非線性或雙光子顯微鏡)中,以兩倍正常激發(fā)波長照射樣品。更長的波長是有利的,因為它們可以更深地穿透樣品進行3D成像,并且因為它們不會損壞樣品,從而延長樣品壽命。為了實現(xiàn)多光子激發(fā),照明光束在空間上聚焦(使用光學(xué)器件),同時使用高能短脈沖激發(fā)光束以提高兩個(或更多)光子同時到達同一位置(即熒光團分子)的概率。多光子顯微技術(shù)的例子包括二次諧波產(chǎn)生(SHG)、三次諧波產(chǎn)生(THG)、相干反斯托克斯拉曼光譜(CARS)和受激發(fā)射耗盡(STED)顯微技術(shù)。由于這些技術(shù)中的每一種都使用脈沖激光器,因此選擇能夠比較大限度地減少脈沖色散的光學(xué)組件很重要,并且激光反射二向色鏡應(yīng)具有低GDD特性。多光子顯微鏡技術(shù)的優(yōu)勢如何?又有哪些應(yīng)用?美國靈長類多光子顯微鏡
多光子成像系統(tǒng)提供的優(yōu)勢包括了真正的三維成像、對活組織內(nèi)部深處進行成像的能力以及消除平面外熒光的能力。使用這種方法進行成像,可以對斯托克斯位移非常短和/或效率非常低的熒光染料進行成像,甚至可以對樣品或組織中固有的熒光分子進行成像。多光子成像的缺點包括需要高峰值功率脈沖激光器,例如鎖模鈦:藍寶石激光器,并且直到現(xiàn)在,缺乏在整個發(fā)射范圍內(nèi)提供足夠吞吐量的高性能濾光片。整個激光調(diào)諧范圍內(nèi)的興趣和足夠的阻擋。多光子顯微鏡暗場成像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。
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(nèi)轉(zhuǎn)換把部分能量轉(zhuǎn)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)的比較低振動能級的分子的平均壽命大約在10s左右。這時它不是通過內(nèi)轉(zhuǎn)換的方式來消耗能量,回到基態(tài),而是通過發(fā)射出相應(yīng)的光量子來釋放能量,回到基態(tài)的各個不同的振動能級時,就發(fā)射熒光。因為在發(fā)射熒光以前已經(jīng)有一部分能量被消耗,所以發(fā)射的熒光的能量要比吸收的能量小,也就是熒光的特征波長要比吸收的特征波長來的長。
隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步,特別是后基因組時代的到來,人們已經(jīng)能夠根據(jù)需要建立各種細胞模型,這為在體內(nèi)研究基因表達、分子間相互作用、細胞增殖、細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、誘導(dǎo)分化、細胞凋亡和新生血管生成提供了良好的生物學(xué)條件。然而,盡管利用現(xiàn)有的分子生物學(xué)方法對基因表達與蛋白質(zhì)的相互作用進行了深入細致的研究,但仍然無法實現(xiàn)對蛋白質(zhì)和基因活性的實時動態(tài)監(jiān)測。在細胞的生理過程中,基因尤其是蛋白質(zhì)的表達、修飾和相互作用往往是可逆的、動態(tài)變化的。目前,分子生物學(xué)方法無法捕捉到蛋白質(zhì)和基因的這些變化,但獲得這些信息對于研究基因表達與蛋白質(zhì)的相互作用非常重要。因此,有必要發(fā)展一種動態(tài)、實時、連續(xù)監(jiān)測蛋白質(zhì)和基因活性的方法。多光子顯微鏡將生物打印結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確定位和定向到特定的解剖部位,使其能夠在小鼠組織內(nèi)制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
作為一個多學(xué)科交叉、知識密集、資金密集的高技術(shù)產(chǎn)業(yè),多光子顯微鏡涉及醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、電子學(xué)、工程學(xué)等學(xué)科,生產(chǎn)工藝相對復(fù)雜,進入門檻較高,是衡量一個國家制造業(yè)和高科技發(fā)展水平的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。過去的5年,多光子顯微鏡市場集中,由于投產(chǎn)生產(chǎn)的成本較高,技術(shù)難度大,目前涌現(xiàn)的新企業(yè)不多。顯微鏡作為一個傳統(tǒng)的高科技行業(yè),其作用至今沒有被其他技術(shù)顛覆,只是不斷融合并發(fā)展相關(guān)技術(shù),在醫(yī)療和其他精密檢測領(lǐng)域發(fā)揮著更大的作用。顯微鏡的商業(yè)化發(fā)展已進入成熟期,主要需求來自教學(xué)、生命科學(xué)的研究及精密檢測等,全球市場呈現(xiàn)平緩的增長態(tài)勢。然而,顯微鏡產(chǎn)品(如多光子顯微鏡、電子顯微鏡)正拉動市場需求,多光子顯微鏡市場發(fā)展?jié)摿薮?。全球多光子顯微鏡主要消費地區(qū)分析,包括消費量及份額等。美國共聚焦多光子顯微鏡數(shù)據(jù)處理
全球多光子顯微鏡主要生產(chǎn)地區(qū)分析,包括產(chǎn)量、產(chǎn)值份額等。美國靈長類多光子顯微鏡
Ca2+是重要的第二信使,對于調(diào)節(jié)細胞的生理反應(yīng)具有重要的作用,開發(fā)和利用雙光子熒光顯微成像技術(shù)對Ca2+熒光信號進行觀測,可以從某些方面對有機體或細胞的變化機制進行分析,具有重要的意義。利用雙光子熒光顯微成像技術(shù)可以觀察細胞內(nèi)用熒光探針標(biāo)記的Ca2*的時間和空間的熒光圖像的變化,還可以觀察細胞某一層面或局部的(Ca2+)熒光圖像和變化。通過對單細胞的研究發(fā)現(xiàn),Ca2+不僅在細胞局部區(qū)域間的分布是不均勻的,而且細胞內(nèi)各局部區(qū)域的不同深度或?qū)哟伍g也存在不同程度的Ca2+梯差即所謂的空間Ca2梯差。美國靈長類多光子顯微鏡