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?。河捎陔p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?。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;用雙光子顯微鏡看看你的皮膚有沒有重?zé)ㄐ律_M(jìn)口bruker雙光子顯微鏡磷光壽命計數(shù)
雙光子顯微鏡是激光掃描共聚焦顯微鏡和雙光子激發(fā)技術(shù)相結(jié)合的新技術(shù)。雙光子激發(fā)的基本原理是:在光子密度較高的情況下,熒光分子可以同時吸收兩個波長較長的光子,經(jīng)過短暫的所謂激發(fā)態(tài)壽命后,發(fā)射一個波長較短的光子;效果和用波長為長波長一半的光子激發(fā)熒光分子是一樣的。雙(多)光子成像的優(yōu)點(diǎn)是具有更深的組織穿透深度,紅外光可以在平面上探測到極限為1mm的組織區(qū)域;因為信號背景比高,所以具有更高的對比度;由于激發(fā)體積小,具有定點(diǎn)激發(fā)、光毒性小的特點(diǎn);激發(fā)波長由紫外、可見光調(diào)整為紅外激發(fā),更加安全。國內(nèi)ultima2PPLUS雙光子顯微鏡授權(quán)供應(yīng)商雙光子顯微鏡結(jié)合了雙光子激發(fā)技術(shù)和激光掃描共聚顯微鏡。
要想讓激發(fā)激光進(jìn)入更深的層面,大致可從兩個方面入手,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。高光子密度帶來的高能量容易損傷細(xì)胞,所以雙光子顯微鏡使用高能量鎖模脈沖激光器。這種激光器發(fā)出的激光具有很高的峰值能量和很低的平均能量,其脈沖達(dá)到最大值所持續(xù)的周期只有十萬億分之一秒,而其頻率可以達(dá)到80至100兆赫,這樣即能達(dá)到雙光子激發(fā)的高光子密度要求,又能不損傷細(xì)胞,使掃描能更好地進(jìn)行。
有了雙光子激發(fā)技術(shù),激光共聚掃描顯微鏡可以發(fā)揮更好的作用。那么,什么是雙光子激發(fā)技術(shù)呢?在光子密度較高的情況下,熒光分子可以同時吸收兩個波長較長的光子,使電子躍遷到更高的能級。短時間后,電子跳回到較低的能級,發(fā)出波長為長波長一半的光子(P=h/λ)。利用這個原理,雙光子激發(fā)技術(shù)誕生了。雙光子顯微鏡使用長波長脈沖激光通過物鏡會聚。由于雙光子激發(fā)需要很高的光子密度,物鏡焦點(diǎn)處的光子密度比較高,所以雙光子激發(fā)只能發(fā)生在焦點(diǎn)處產(chǎn)生熒光,該點(diǎn)產(chǎn)生的熒光穿過物鏡,被光學(xué)探頭接收,從而達(dá)到逐點(diǎn)掃描的效果。在深度組織中以較長時間對細(xì)胞成像,雙光子顯微鏡是當(dāng)前之選。
雙光子吸收理論早在1931年就由諾獎得主MariaGoeppertMayer提出,30年后因為有了激光才得到實(shí)驗驗證,但是到WinfriedDenk發(fā)明雙光子顯微鏡又用了將近30年。要理解雙光子的技術(shù)挑戰(zhàn)和飛秒激光發(fā)揮的重要作用,首先要了解其中的非線性過程。雙光子吸收相當(dāng)于和頻產(chǎn)生非線性過程,這要求極高的電場強(qiáng)度,而電場取決于聚焦光斑大小和激光脈寬。聚焦光斑越小,脈寬越窄,雙光子吸收效率越高。對于衍射極限顯微鏡,聚焦在樣品上的光斑大小只和物鏡NA和激光波長有關(guān),所以關(guān)鍵變量只剩下激光脈寬?;谝陨戏治?,能夠以高重頻(100MHz)輸出超短脈沖(100fs量級)的飛秒激光器成了雙光子顯微鏡的標(biāo)準(zhǔn)激發(fā)光源。這也再次說明雙光子顯微鏡的優(yōu)勢:只有焦平面處才能形成雙光子吸收,而焦平面之外由于光強(qiáng)低無法被激發(fā),所以雙光子成像更清晰。WinfriedDenk初使用的光源是染料飛秒激光器(100fs脈寬、630nm可見光波長)。雖然染料激光器對于實(shí)驗室演示尚可,但是使用很不方便所以遠(yuǎn)未實(shí)現(xiàn)商用。很快雙光子顯微鏡的標(biāo)配光源就變成了飛秒鈦寶石激光器。除了固態(tài)光源優(yōu)勢,鈦寶石激光器還具有較寬的近紅外波長調(diào)諧范圍,而近紅外相比可見光穿透更深,對生物樣品損傷更小。雙光子顯微鏡能夠進(jìn)行指標(biāo)成像;國內(nèi)雙光子顯微鏡光刺激
雙光子顯微鏡觀察到的現(xiàn)象證明了鈣離子的增加依賴于肌體觸發(fā)的鈉離子作用電勢。進(jìn)口bruker雙光子顯微鏡磷光壽命計數(shù)
首先,雙光子成像采用波長范圍約在700~1000 nm的近紅外光激發(fā),在組織中的散射系數(shù)較小,穿透性很好,因此非常適合厚樣本的觀察。同時,由于是近紅外光激發(fā),也能避免樣品中激發(fā)波長較短的自發(fā)熒光物質(zhì)的干擾,可獲得較強(qiáng)的熒光信號(如下圖)。所以雙光子成像具有較深的穿透力和較小的光毒性。通常在活物腦組織中雙光子顯微鏡有效成像深度可達(dá)200~500 μm,能夠較好地進(jìn)行三維成像。雙光子成像的另一大優(yōu)勢在于精確的空間點(diǎn)聚焦性。一般條件下,物質(zhì)只會被單光子激發(fā),只有在光子密度足夠高的情況下,物質(zhì)才會吸收兩個光子從而被激發(fā),所以,雙光子只會在光子密度蕞高的物鏡焦點(diǎn)附近發(fā)生,很少產(chǎn)生焦平面外的雜散光(如下圖)。這種性質(zhì)既提高了成像質(zhì)量,也降低了樣本的光漂白、光損傷區(qū)域?;谶@些優(yōu)勢,使得雙光子顯微鏡非常適合對活細(xì)胞、活組織進(jìn)行長時間在體成像。進(jìn)口bruker雙光子顯微鏡磷光壽命計數(shù)