隨著生物分子光學標記技術(shù)的不斷進步,光學技術(shù)在揭示生命活動基本規(guī)律的研究中正發(fā)揮越來越重要的作用,也為醫(yī)學診療提供了更多、更有效的手段。生物醫(yī)學光學(BiomedicalOptics)是近年來受到國際光學界和生物醫(yī)學界關(guān)注的研究熱點,在生物活檢、光動力、細胞結(jié)構(gòu)與功能檢測、基因表達規(guī)律的在體研究等問題上取得了一系列研究成果,目前正在從宏觀到微觀上對大腦活動與功能進行多層面的研究。細胞重大生命活動(包括細胞增殖、分化、凋亡及信號轉(zhuǎn)導)的發(fā)生和調(diào)節(jié)是通過生物大分子間(如蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-核酸等)相互作用來實現(xiàn)的。蛋白質(zhì)作為基因調(diào)控的產(chǎn)物,與細胞和機體生理過程代謝直接相關(guān),深入研究基因表達及蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用不僅能揭示生命活動的基本規(guī)律,同時也能深入了解疾病發(fā)生的分子機理,進而為尋找更有效的藥物分子、提高藥物篩選和藥物設(shè)計的效率提供新的方法和思路。多光子顯微鏡,為材料科學研究和工業(yè)應用提供全新視角。美國進口多光子顯微鏡三維分辨率
對于雙光子(2P)成像而言,離焦和近表面熒光激發(fā)是兩個比較大的深度限制因素,而對于三光子(3P)成像這兩個問題大大減小,但是三光子成像由于熒光團的吸收截面比2P要小得多,所以需要更高數(shù)量級的脈沖能量才能獲得與2P激發(fā)的相同強度的熒光信號。功能性3P顯微鏡比結(jié)構(gòu)性3P顯微鏡的要求更高,它需要更快速的掃描,以便及時采樣神經(jīng)元活動;需要更高的脈沖能量,以便在每個像素停留時間內(nèi)收集足夠的信號。復雜的行為通常涉及到大型的大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),該網(wǎng)絡(luò)既具有局部的連接又具有遠程的連接。要想將神經(jīng)元活動與行為聯(lián)系起來,需要同時監(jiān)控非常龐大且分布普遍的神經(jīng)元的活動,大腦中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會在幾十毫秒內(nèi)處理傳入的刺激,要想了解這種快速的神經(jīng)元動力學,就需要MPM具備對神經(jīng)元進行快速成像的能力??焖費PM方法可分為單束掃描技術(shù)和多束掃描技術(shù)。美國嚙齒類多光子顯微鏡成像深度光子顯微鏡利用光學透鏡和光學元件將樣品中的光反射或透射到目鏡中,從而形成圖像。
要想實現(xiàn)離散的軸向重新聚焦,需要在OBJ1的焦平面中放置一個階梯鏡(圖3b)。當入射激光束被OBJ1聚焦到的焦平面恰好與階梯重合時,被反射的激光將在無窮大的空間中成為準直光束,并在OBJ2的焦平面上形成激光光斑。并且返回的激光束會被GSM消除橫向掃描,即OBJ2形成的焦點不會進行橫向掃描,實現(xiàn)軸向掃描。如果激光點被掃描到與焦平面不一致的階梯,則會形成遠離鏡面的激光焦點,返回的激光束會在無窮大的空間中會聚或發(fā)散,進而導致由OBJ2形成的激光焦點也在軸向重新聚焦,通過這種方式即能實現(xiàn)離散的軸向掃描。對于已精確匹配兩個物鏡光瞳的光學裝置,不會引入像差。為了進行連續(xù)的軸向重新聚焦,將階梯鏡替換為稍微傾斜的平面鏡,同時入射的激光焦點也需要被傾斜,使得其以垂直于鏡面的方向入射,通過相對入射激光束稍微平移OBJ1即可實現(xiàn)這種傾斜。
Ca2+是重要的第二信使,對于調(diào)節(jié)細胞的生理反應具有極其重要的作用,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。多光子顯微鏡,提高樣品成像質(zhì)量,降低樣品損害程度。
多光子激光掃描顯微鏡行業(yè)發(fā)展,世界多光子激光掃描顯微鏡產(chǎn)業(yè)主要布局在德國和日本,德國是以徠卡顯微系統(tǒng)和蔡司為,而日本以尼康和奧林巴斯公司為,2020年,上述企業(yè)占據(jù)著世界多光子激光掃描顯微鏡市場64.44%的市場份額,其發(fā)展戰(zhàn)略左右著多光子激光掃描顯微鏡市場的走向。目前世界市場對多光子激光掃描顯微鏡的需求在增長,中國市場這方面的需求增長更快,未來五年多光子激光掃描顯微鏡市場的發(fā)展在中國將具有很大的發(fā)展?jié)摿?。多光子顯微鏡可以更好的了解神經(jīng)信號之間復雜動態(tài)的編碼過程。美國多光子顯微鏡飛秒激光
多光子顯微鏡是一款針對厚樣本進行深層成像的利器,特別是在實驗中。美國進口多光子顯微鏡三維分辨率
與傳統(tǒng)的單光子寬視野熒光顯微鏡相比,多光子顯微鏡具有光學切片和深層成像等功能,這兩個優(yōu)勢極大地促進了研究者們對于完整大腦深處神經(jīng)的了解與認識。2019年,JeromeLecoq等人從大腦深處的神經(jīng)元成像、大量神經(jīng)元成像、高速神經(jīng)元成像這三個方面論述了相關(guān)的MPM技術(shù)。想要將神經(jīng)元活動與復雜行為聯(lián)系起來,通常需要對大腦皮質(zhì)深層的神經(jīng)元進行成像,這就要求MPM具有深層成像的能力。激發(fā)和發(fā)射光會被生物組織高度散射和吸收是限制MPM成像深度的主要因素,雖然可以通過增加激光強度來解決散射問題,但這會帶來其他問題,例如燒壞樣品、離焦和近表面熒光激發(fā)。增加MPM成像深度比較好的方法是用更長的波長作為激發(fā)光。美國進口多光子顯微鏡三維分辨率