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双光子显微镜基本参数
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双光子显微镜企业商机

和很多伟大的科学发明一样,双光子显微镜的出现也有一点偶然,但正是那瞬间的灵感为生物科学尤其是神经科学带来了一种**性的成像技术:双光子激发荧光显微镜。

1990年初,当Winfried Denk刚从康奈尔大学博士毕业准备前往瑞士读博后时,他看了一本关于激光扫描显微镜的书,从中了解到非线性光学效应——强光和物质的相互作用。当时,Denk有同事研究生物样品中的钙离子但苦于没有强大的紫外激光器和光学元件,于是他就想到如果使用双光子吸收就能够绕开紫外,换言之,与其通过一个紫外光子激发标记的钙离子,通过两个双倍波长的可见光光子也能激发相同的荧光。

有了想法后马上实验。借了一套染料飞秒激光器,Denk联合他的导师Watt Webb及其博士生James Strickler只用六个小时就完成了实验搭建,采集数据则用了两到三天,于是一篇里程碑式的文章就此诞生了。 双光子显微镜可以在小鼠的的任何部位进行有生命体成像。国内investigator双光子显微镜最大分辨率

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双光子显微镜

在各领域研究中已有许多成功实例;生物领域:贝尔实验室的Svoboda等人研究了大脑皮层神经元细胞内钙离子动力学情形。利用双光子显微镜观察到的现象证明了钙离子的增加依赖于肌体触发的钠离子作用电势。

信息领域:美国科学家Rentzepis提出了一种在现有二维光盘的基础上将数据储存扩展到三维空间。由于双光子激发具有作用精细体积小的特点,避免了层与层之间的互相干扰,较大地提高了数据储存密度。双光子显微镜已延伸到各个领域研究中,它能对样品进行三维观察,其基础双光子激发效应也具有极高的应用价值。我们可以相信,随着科技不断发展,其他技术的不断结合,双光子显微镜将得到更大的发展与更广的应用。 国内investigator双光子显微镜最大分辨率双光子显微镜厂家就找因斯蔻浦(上海)生物科技有限公司;

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Winfried Denk较初使用的光源是染料飞秒激光器(100 fs脉宽、630 nm可见光波长)。虽然染料激光器对于实验室演示尚可,但是使用很不方便所以远未实现商用。很快双光子显微镜的标配光源就变成了飞秒钛宝石激光器。除了固态光源优势,钛宝石激光器还具有较宽的近红外波长调谐范围,而近红外相比可见光穿透更深,对生物样品损伤更小。下图是Thorlabs的双光子和三光子显微镜配置,钛宝石飞秒可调谐激光器位于平台较左边。科学家正在从双光子转向三光子显微镜。1996年,Chris Xu在康奈尔大学(Denk同导师实验室)读博期间发明了三光子显微镜,如果双光子吸收可行,那么三光子看起来也是自然的发展方向。三光子成像使用更长的波长,大约在1.3和1.7微米,其成像深度也比双光子更深,目前记录约为2.2毫米,人类大脑皮层厚约4毫米。相比双光子显微镜,三光子还要求以较低重频使用更强和更短的激光脉冲,而传统的钛宝石激光器难以达到这些要求,但是对于掺镱光纤飞秒光参量放大器则非常容易,比如我们的Y-Fi光参量放大器(OPA)。

双光子技术在医疗诊断应用中具有巨大的潜力,该领域还未形成标准和体系,需要系统的医学研究与庞大的医疗数据加以支撑,通过研究人体基于多光子成像技术,进行细胞结构、生化成分、微环境、组织形态、代谢功能的影响信息,找到与疾病的细胞学、分子生物学、组织病理学、诊断和特征的关联关系,共同探究生理病理基础和分子细胞生物学机制,筛选鉴定、皮肤病、自身免疫病及其他疑难疾病的诊断及鉴别诊断依据,建立全新的多光子细胞诊断的完整数据库,定义出针对不同疾病的多光子临床检测设备的产品标准。讨论环节,来自病理科、呼吸中心、心脏科、神经科、皮肤科及研究所的多位医师及研究人员纷纷结合各自的工作领域与王爱民副教授展开了热烈的讨论,其中毛发中心杨顶权主任计划再次邀请王爱民副教授进行学术交流。通过本次学术交流,病理科与研究所分别与王爱民副教授课题组达成了初步合作意向。




这种双光子显微镜的视场是普通显微镜的10倍。

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双光子显微镜的优势:在深度组织中以较长时间对活细胞成像,双光子显微镜是当前之选。双光子和共聚焦显微镜都是通过激光激发样品中的荧光标记,使用探测器测量被激发的荧光。但是,共聚焦一般使用单模光纤耦合激光器,通过单光子激发荧光,而双光子使用飞秒激光器,通过几乎同时吸收两个长波光子激发荧光。下面是两种技术的对比图。双光子激发荧光的主要优势:双光子比共聚焦使用的更长的波长,所以对组织的损伤更小且穿透更深。共聚焦的成像深度一般为100微米,双光子则能达到250到500微米,甚至超过1毫米。另外,同时吸收两个光子意味只有较强度聚焦点处能被激发,所以不会损伤焦平面之外的组织,并且生成更清晰的图像。 双光子显微镜使用的是可见光或近红外光作为光源;布鲁克双光子显微镜光子跃迁

双光子显微镜在各领域研究中已有许多成功实例;国内investigator双光子显微镜最大分辨率

双光子显微镜为什么穿透能力强?

因为组织对可见光区域的较强吸收和散射带来两个严重的问题

第1个是激发光的减弱,

第2个就是另外就是由于物镜本身光的光学特性,单光子激发的背景较强,所以才有共聚焦系统提高成像的分辨率


因为组织对可见光区域的较强吸收和散射带来两个严重的问题

第1个是激发光的减弱,

第2个就是另外就是由于物镜本身光的光学特性,单光子激发的背景较强,所以才有共聚焦系统提高成像的分辨率

刚好双光子在这两点具有很大的优势上面的内容基本在谈到双光子优势都会相对说明,

在实际操作中成像的深度和样品的关系很大,

双光子成像利用高亮度的荧光标记材料,已经有做到mm级别的穿透深度


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