从双光子到三光子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)。 双光子显微镜是结合了双光子技术和扫描共聚显微镜的一种新型荧光显微镜;国外2PPLUS双光子显微镜分辨率是多少
使用基因编码的荧光探针可以在突触和细胞分辨率下监测体内神经元信号,这是揭示动物神经活动复杂机制的关键。使用双光子显微镜(2PM)可以以亚细胞分辨率对钙离子传感器和谷氨酸传感器成像,从而测量不透明大脑深处的活动;成像膜电压变化能直接反映神经元活动,但神经元活动的速度对于常规的2PM来说太快。
目前电压成像主要通过宽场显微镜实现,但它的空间分辨率较差并且只是于浅层深度。因此要在不透明的大脑中以高空间分辨率对膜电压变化进行成像,需要较提高2PM的成像速率。
FACED模块输出处的子脉冲序列可以看作从虚拟光源阵列发出的光,这些子脉冲在中继到显微镜物镜后形成了一个空间上分离且时间延迟的焦点阵列。然后将该模块并入具有高速数据采集系统的标准双光子荧光显微镜中,如图2所示。光源是具有1 MHz重复频率的920 nm的激光器,通过FACED模块可产生80个脉冲焦点,其脉冲时间间隔为2 ns。这些焦点是虚拟源的图像,虚拟源越远,物镜处的光束尺寸越大,焦点越小。光束沿y轴比x轴能更好地充满物镜,从而导致x轴的横向分辨率为0.82µm,y轴的横向分辨率为0.35µm。 激光双光子显微镜用途双光子显微镜中,同样每个时刻只有焦平面上一个点的信号被探测,并且连焦平面外的荧光信号也不会有。
I try to explain why two-photon microscopy has a deeper imaging depth than one-photon microscopy, in the area of biomedical imaging. Many of the biomedical imaging modalities, no matter one-photon (confocal) or multi-photon (two-photon), use lasers as light source and require compatible fluorescent dyes.
Fluorescent dyes have their own excitation wavelength, and they can either be excited by a single photon with the photon energy of that excitation wavelength (E=hv=h*c/位); or by two photons, arriving almost at the same time, but each with approximately half of the energy, hence of double wavelength than one-photon (0.5E->2位). The former is the principle of one-photon microscopy and the latter is the principle of two-photon microscopy.
When imaging the same fluorescent dye, since two-photon could use approximately doubled wavelength compared with single-photon, two-photon can obviously penetrated deeper into the tissue due to less scattering (longer wavelength, less scattering).
刚好双光子在这两点具有很大的优势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
High quality cellular TP imaging with high signal-to-background ratio (> 100) and tissue imaging with a penetration depth of 2200 μm have been achieved with P-QD as probe.
Extremely High Brightness from Polymer-Encapsulated Quantum Dots for Two-photon Cellular and Deep-tissue Imaging : Scientific Reports : Nature Publishing Group 双光子显微镜厂家就找因斯蔻浦(上海)生物科技有限公司;
双光子吸收理论早在1931年就由诺奖得主Maria Goeppert Mayer提出,30年后因为有了激光才得到实验验证,但是到Winfried Denk发明双光子显微镜又用了将近30年。
要理解双光子的技术挑战和飞秒激光发挥的重要作用,首先要了解其中的非线性过程。双光子吸收相当于和频产生非线性过程,这要求极高的电场强度,而电场取决于聚焦光斑大小和激光脉宽。聚焦光斑越小,脉宽越窄,双光子吸收效率越高。对于衍射极限显微镜,聚焦在样品上的光斑大小只和物镜NA和激光波长有关,所以关键变量只剩下激光脉宽。基于以上分析,能够以高重频(100 MHz)输出超短脉冲(100 fs量级)的飞秒激光器成了双光子显微镜的标准激发光源。这也再次说明双光子显微镜的优势:只有焦平面处才能形成双光子吸收,而焦平面之外由于光强低无法被激发,所以双光子成像更清晰。 双光子显微镜成像技术及不同转基因小鼠开展对多种脏器的成像研究。ultima2PPLUS双光子显微镜光子跃迁
双光子显微镜不需要共聚焦,提高了荧光检测效率。国外2PPLUS双光子显微镜分辨率是多少
TOPTICA FemtoFiber ultra 920超快光纤激光器是一种易于操作且无需维护的激光系统。其输出波长为920 nm,非常适合常规荧光基团(如GFP,eGFP,Eosin,GCaMP,CFP,Calcein 或者Venus)的双光子激发。能给荧光基团提供比较高的峰值功率,常用于神经科学和其他与激光有关的生物光子学学科。而且其独特设计(制造简单且经济高效的光源)对双光子荧光显微镜发展的革新具有潜在的可能。在双光子显微镜中,峰值功率就是亮度!如果您希望获得比较好的图像亮度,那么你就需要短脉冲,高功率,较重要的是需要干净的时间脉冲形状。FemtoFiber ultra 920具有足够高的输出功率,较短的脉冲和独特的Clean-Pulse技术,以及具有相对比较高的峰值功率,使得其在双光子显微镜中可以实现****的亮度,而不会对样品造成不必要的加热。FemtoFiber ultra 920交钥匙,完全集成的色散补偿(可确保样品处的脉冲较短),内置的功率控制,操作直观以及其坚固而紧凑的设计,使该系统具有极为友好的用户体验,是非线性显微镜应用的较好解决方案。例如荧光蛋白的双光子激发和基于SHG的对比机制。国外2PPLUS双光子显微镜分辨率是多少
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