激光掃描多光子顯微鏡成像分辨率

來源: 發(fā)布時間:2024-08-30

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。多光子顯微鏡是一款針對厚樣本進行深層成像的利器,特別是在實驗中。激光掃描多光子顯微鏡成像分辨率

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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。多光子顯微鏡原理多光子顯微鏡的發(fā)展歷史充滿了貢獻、開發(fā)、進步和數(shù)個世紀(jì)以來多個來源和地點的改進。

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SternandJeanMarx在評論中說:祖家能夠在更為精細的層次研究樹突的功能,這在以前是完全不可能的。新的技術(shù)(如腦片的膜片鉗和雙光子顯微使人們對樹突的計算和神經(jīng)信號處理中的作用有了更好的理解。他們解釋了是樹突模式和形狀多樣性,及其獨特的電、及其獨特的電化學(xué)特征使神經(jīng)元完成了一系列的專門任務(wù)。雙光子與共聚焦在發(fā)育生物學(xué)中的應(yīng)用雙光子∶每2.5分鐘掃描一次,觀察24小時,發(fā)育到桑椹胚和胚泡階段共聚焦∶每15分鐘掃描一次,觀察8小時后細胞分裂停止,不能發(fā)育到桑椹胚和胚泡階段共聚焦激發(fā)時的細胞存活率為多光子系統(tǒng)的10~20%。

對于兩個遠距離(相距1-2mm以上)的成像部位,通常采用兩個**的路徑進行成像;對于相鄰區(qū)域,通常使用單個物鏡的多個光束進行成像。多光束掃描技術(shù)必須特別注意激發(fā)光束之間的串?dāng)_,這可以通過事后光源分離或時空復(fù)用來解決。事后光源分離法是指分離光束以消除串?dāng)_的算法;時空復(fù)用法是指同時使用多個激發(fā)光束,每個光束的脈沖在時間上被延遲,使不同光束激發(fā)的單個熒光信號可以暫時分離。引入的光束越多,可以成像的神經(jīng)元越多,但多束會導(dǎo)致熒光衰減時間重疊增加,從而限制了分辨信號源的能力;并且復(fù)用對電子設(shè)備的工作速度要求很高;大量的光束也需要較高的激光功率來維持單束的信噪比,這樣容易導(dǎo)致組織損傷。多光子顯微鏡中,極短的激光脈沖聚焦在樣品上的緊密點上,激發(fā)熒光團產(chǎn)生圖像。

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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(xué)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(rèn)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(fù)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。多光子顯微鏡的分辨率比傳統(tǒng)的單光子共聚焦要低的多。美國在體多光子顯微鏡作用

中國市場多光子顯微鏡進出口貿(mào)易趨勢。激光掃描多光子顯微鏡成像分辨率

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。激光掃描多光子顯微鏡成像分辨率