WinfriedDenk使用的第1個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。雙光子顯微鏡可以在小鼠的的任何部位進(jìn)行有生命體成像。bruker雙光子顯微鏡價格
雙光子顯微鏡(2PM)可以對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,從而測量不透明腦深部的活動。成像膜的電壓變化可以直接反映神經(jīng)元的活動,但神經(jīng)元活動的速度對于常規(guī)的2PM來說太快了。目前,電壓成像主要由寬視場顯微鏡實(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間延遲的聚焦陣列。然后,該模塊被集成到一個帶有高速數(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個脈沖焦點(diǎn),脈沖時間間隔為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。國內(nèi)激光雙光子顯微鏡光子探測雙光子顯微鏡在組織透明化成像中應(yīng)用;
從雙光子的原理和特點(diǎn),我們可以清楚地得出雙光子的優(yōu)點(diǎn):☆光損傷小:由于雙光子顯微鏡采用可見光或近紅外光作為激發(fā)光源,因此該波段的光對細(xì)胞和組織的光損傷很小,適合長期研究;☆穿透能力強(qiáng):與紫外光相比,可見光和近紅外光的穿透能力更強(qiáng),因此受生物組織散射的影響更小,解決了生物組織深層物質(zhì)的層析成像問題;☆高分辨率:由于雙光子吸收的截面很小,只能在焦平面很小的區(qū)域激發(fā)熒光,雙光子吸收被限制在焦點(diǎn)處體積約為波長三次方的范圍內(nèi);☆漂白區(qū)域小:由于激發(fā)只存在于交點(diǎn)處,焦點(diǎn)外的區(qū)域不會發(fā)生光漂白;☆熒光收集率高:與共焦成像相比,雙光子成像不需要濾光片(共焦),提高了熒光收集率,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,瑞利散射產(chǎn)生的背景噪聲*為單光子激發(fā)產(chǎn)生的1/16,減少了散射的干擾;光子躍遷具有很強(qiáng)的選擇性激發(fā),因此可以用來對生物組織中的一些特殊物質(zhì)進(jìn)行成像;
配合雙光子激發(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,熒光分子可以同時吸收2個長波長的光子使電子躍遷到較高能級,經(jīng)過一個很短的時間后,電子再躍遷回低能級同時放出一個波長為長波長一半的光子(P=h/λ)。利用這個原理,便誕生了雙光子激發(fā)技術(shù)。雙光子顯微鏡使用長波長脈沖激光,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。雙光子顯微鏡的基本原理是:在高光子密度的情況下,熒光分子可以同時吸收 2 個長波長的光子。
從雙光子到三光子:科學(xué)家正在從雙光子轉(zhuǎn)向三光子顯微鏡。1996年,ChrisXu在康奈爾大學(xué)(Denk同導(dǎo)師實(shí)驗(yàn)室)讀博期間發(fā)明了三光子顯微鏡,如果雙光子吸收可行,那么三光子看起來也是自然的發(fā)展方向。三光子成像使用更長的波長,大約在1.3和1.7微米,其成像深度也比雙光子更深,目前記錄約為2.2毫米,人類大腦皮層厚約4毫米。相比雙光子顯微鏡,三光子還要求以較低重頻使用更強(qiáng)和更短的激光脈沖,而傳統(tǒng)的鈦寶石激光器難以達(dá)到這些要求,但是對于摻鐿光纖飛秒光參量放大器則非常容易,比如我們的Y-Fi光參量放大器(OPA)。于雙光子激發(fā)需要兩個光子同時到達(dá),因此只有在焦點(diǎn)附近的樣品區(qū)域才會激發(fā),從而實(shí)現(xiàn)三維成像和高分辨率。美國激光熒光雙光子顯微鏡廠家有哪些
這種雙光子顯微鏡的視場是普通顯微鏡的10倍。bruker雙光子顯微鏡價格
TOPTICAFemtoFiberultra920超快光纖激光器是一種易于操作和免維護(hù)的激光系統(tǒng)其輸出波長為920nm,非常適合常規(guī)熒光基團(tuán)(如GFP、eGFP、曙紅、GCaMP、CFP、鈣黃綠素或金星)的雙光子激發(fā)。它可以為熒光基團(tuán)提供相對較高的峰值功率,常用于神經(jīng)科學(xué)和其他與激光相關(guān)的光子學(xué)。此外,其獨(dú)特的設(shè)計(簡單和經(jīng)濟(jì)的光源)具有創(chuàng)新雙光子熒光顯微鏡發(fā)展的潛力。在雙光子顯微鏡中,峰值功率就是亮度!如果你想獲得更好的圖像亮度,那么你需要短脈沖,高功率,更重要的是,干凈的時間脈沖形狀。FemtoFiberultra920具有足夠高的輸出功率、短脈沖、獨(dú)特的Clean-Pulse技術(shù)和相對較高的峰值功率,這使得在雙光子顯微鏡中實(shí)現(xiàn)****亮度而無需對樣品進(jìn)行不必要的加熱成為可能。FemtoFiberultra920全包式、完全集成的色散補(bǔ)償(可確保樣品處的短脈沖)、內(nèi)置電源控制、直觀的操作及其堅(jiān)固緊湊的設(shè)計使系統(tǒng)具有非常友好的用戶體驗(yàn),是非線性顯微鏡應(yīng)用的良好解決方案。例如,熒光蛋白的雙光子激發(fā)和基于SHG的對比機(jī)制bruker雙光子顯微鏡價格