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通過并行化不同激光波長的激光掃描,研究人員增加了在相同時(shí)間內(nèi)可以成像的體積,同時(shí)保持了高的時(shí)間和空間分辨率。研究人員通過引入兩種不同波長的鈣信號(hào)熒光探針,將神經(jīng)元群體的活動(dòng)標(biāo)記為兩種不同的顏色,同時(shí)激發(fā)兩種不同波長的探針,從而實(shí)現(xiàn)了兩種顏色的并行數(shù)據(jù)記錄。為了實(shí)現(xiàn)三維空間成像,研究人員還在兩個(gè)激光束上配置了快速變焦系統(tǒng),即一個(gè)電透鏡和一個(gè)空間光調(diào)制器。因此,可以以10Hz的速度同時(shí)記錄10個(gè)500微米和500微米的平面,覆蓋600微米的深度,覆蓋大腦皮層第二層到第五層的結(jié)構(gòu),體積內(nèi)可以記錄2000多個(gè)神經(jīng)元。雙光子顯微鏡角膜成像。國內(nèi)雙光子顯微鏡成像視野是多少
臨研所、病理科和科研處邀請北京大學(xué)王愛民副教授在2020年12月22日做了題目為“新一代微型雙光子顯微成像系統(tǒng)介紹及其在臨床醫(yī)療診斷”的學(xué)術(shù)報(bào)告。學(xué)術(shù)報(bào)告由臨研所醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)潘琳老師主持。王愛民,北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院副教授,畢業(yè)于北京大學(xué)物理系,獲學(xué)士、碩士學(xué)位,后于英國巴斯大學(xué)物理系獲博士學(xué)位。該研究組研發(fā)的微型雙光子顯微鏡,第1次在國際上獲得了小鼠大腦神經(jīng)元和神經(jīng)突觸清晰穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)信號(hào),該成果獲得了2017年度“中國光學(xué)進(jìn)展”和“中國科學(xué)進(jìn)展”,并被NatureMethods評為2018年度“年度方法--無限制行為動(dòng)物成像”。目前,該研究組正在研究新一代雙光子顯微成像技術(shù)在臨床診斷中的應(yīng)用,為未來即時(shí)病理、離體組織檢測、術(shù)中診斷等提供新型的影像手段和分析方法。美國ultimainvestigator雙光子顯微鏡廠家電話雙光子顯微鏡在生物醫(yī)學(xué)研究中有廣泛的應(yīng)用,可以觀察細(xì)胞內(nèi)的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)分布、細(xì)胞活動(dòng)等。
WinfriedDenk使用的第1個(gè)光源是染料飛秒激光(脈沖寬度100fs,可見光波長630nm)。染料激光雖然實(shí)驗(yàn)室演示可以接受,但是使用起來不方便,所以離商業(yè)化還很遠(yuǎn)。很快雙光子顯微鏡的標(biāo)準(zhǔn)光源變成了飛秒鈦寶石激光器。鈦寶石激光器除了具有固態(tài)光源的優(yōu)點(diǎn)外,還具有近紅外波長調(diào)諧范圍寬,而近紅外比可見光穿透更深,對生物樣品的損傷更小。下圖是Thorlabs的雙光子和三光子顯微鏡配置,鈦寶石飛秒可調(diào)諧激光器位于平臺(tái)左側(cè)。從雙光子到三光子科學(xué)家們正在從雙光子顯微鏡轉(zhuǎn)向三光子顯微鏡。1996年,ChrisXu在康奈爾大學(xué)(Denk的導(dǎo)師實(shí)驗(yàn)室)讀博時(shí)發(fā)明了三光子顯微鏡。如果雙光子吸收是可行的,那么三光子似乎是自然的發(fā)展方向。三光子成像使用更長的波長,大約1.3和1.7微米,成像深度比雙光子更深。目前錄音大約2.2毫米,人的大腦皮層厚度大約4毫米。與雙光子顯微鏡相比,三光子需要使用更強(qiáng)、更短、重復(fù)率更低的激光脈沖,這是傳統(tǒng)的鈦寶石激光器很難滿足的,但對于摻鐿光纖飛秒光參量放大器,比如我們的Y-Fi光參量放大器(OPA)就非常容易。
從雙光子的原理和特點(diǎn)我們就可以明顯的得出雙光子的優(yōu)點(diǎn):☆光損傷小:由于雙光子顯微鏡使用的是可見光或近紅外光作為激發(fā)光源,這一波段的光對細(xì)胞和組織的光損傷小,適用于長時(shí)間的研究;☆穿透能力強(qiáng):相對于紫外光,可見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,解決對生物組織中深層物質(zhì)的層析成像研究問題;☆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3次方的范圍內(nèi);☆漂白區(qū)域小:由于激發(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(共焦),這樣就提高了對熒光的收集率,而收集率的提高直接導(dǎo)致圖像對比度的提高;☆圖像對比度高:由于熒光波長小于入射波長,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,所以可以對生物組織中一些特殊物質(zhì)進(jìn)行成像的研究;雙光子顯微鏡除了可以進(jìn)行厚的組織樣品拍攝以外呢,可以在小鼠的的任何部位進(jìn)行成像。
隨著技術(shù)的發(fā)展,雙光子顯微鏡的性能得到不斷地優(yōu)化,結(jié)合它的特點(diǎn),大致可以分成深和活兩方面的提升。要想讓激發(fā)激光進(jìn)入更深的層面,大致可從兩個(gè)方面入手,裝置優(yōu)化與標(biāo)本改造。關(guān)于裝置優(yōu)化,我們可以把激光束變得更細(xì),使能量更加集中,就能讓激光穿透更深。關(guān)于標(biāo)本,其中影響光傳播的主要是物質(zhì)吸收和散射,解決這個(gè)問題,我們需要對樣本進(jìn)行透明化處理。一種方法是運(yùn)用某種物質(zhì)將標(biāo)本浸泡,使其中的物質(zhì)(主要是脂質(zhì))被破壞或溶解。另一種方法是運(yùn)用電泳將脂質(zhì)電解,讓標(biāo)本“透明度”提高。雙光子顯微鏡能夠進(jìn)行指標(biāo)成像;進(jìn)口布魯克雙光子顯微鏡熒光探測
雙光子顯微鏡在多個(gè)領(lǐng)域研究中已有許多成功實(shí)例。國內(nèi)雙光子顯微鏡成像視野是多少
共聚焦顯微可以呈現(xiàn)這么漂亮的圖像,是不是什么樣品都可以用共聚焦顯微鏡拍拍拍.....得到各種各樣清晰漂亮的圖像呢?答案是否定的,任何事物都有優(yōu)缺點(diǎn),何況一臺(tái)儀器呢,共聚焦顯微鏡也是有自己的局限,共聚焦有哪些局限呢:1.共聚焦顯微鏡只能拍攝約200um以內(nèi)的的樣品,對于厚的或者樣品不能進(jìn)拍攝;2.共聚焦顯微鏡由于是逐點(diǎn)進(jìn)行掃描,對樣品的光毒性還是比較大的,特別是拍攝活細(xì)胞樣品時(shí)就更容易對樣品進(jìn)行淬滅;3.由于光照射的區(qū)域幾乎能通過這個(gè)Z軸的層面,所以對于空間定點(diǎn)光刺激的實(shí)驗(yàn)定點(diǎn)位置就不是特別精確;并且激光共聚焦顯微鏡沒有純紫外進(jìn)行激發(fā),對于一些特殊激發(fā)波長的實(shí)驗(yàn),效率非常低。國內(nèi)雙光子顯微鏡成像視野是多少