細胞在受到外界刺激時,隨著刺激時間的增長,即使刺激繼續存在,Ca2+熒光信號不但不會繼續增強,反而會減弱,直至恢復到未加刺激物時的水平。對于細胞受精過程中 Ca2+熒光信號的變化情況,研究發現,配了在粘著過程中,Ca2+熒光信號未發生任何變化,而配子之間發生融合作用時,Ca2+熒光信號強度卻會出現一個不穩定的峰值,并可持續幾分鐘。這些現象,對研究受精發育的早期信號及 Ca2+在卵細胞和受精卵的發育過程中的作用具有重要的意義。在其它一些生理過程如細胞分裂、胞吐作用等,Ca2+熒光信號強度也會發生很的變化。多光子激光掃描顯微鏡采用波長較長的紅外激光,能量脈沖式激發,紅外光比可見光在生物組織中的穿透...
快速光柵掃描有多種實現方式,使用振鏡進行快速2D掃描,將振鏡和可調電動透鏡結合在一起進行快速3D掃描,但可調電動透鏡由于機械慣性的限制在軸向無法快速進行焦點切換,影響成像速度,現可使用空間光調制器(SLM)代替。遠程聚焦也是一種實現3D成像的手段,如圖2所示。在LSU模塊中,掃描振鏡進行橫向掃描,ASU模塊包括物鏡L1和反射鏡M,通過調控M的位置實現軸向掃描。該技術不僅可以校正主物鏡L2引入的光學像差,還可以進行快速的軸向掃描。想要獲得更多神經元成像,可以通過調整顯微鏡的物鏡設計來擴大FOV,但是具有大NA和大FOV的物鏡通常重量較大,無法快速移動以進行快速軸向掃描,因此大型FOV系統依賴于遠...
單光子激發熒光的過程,就是熒光分子吸收一個光子,從基態躍遷到激發態,躍遷以后,能量較大的激發態分子,通過內轉換把部分能量轉移給周圍的分子,自己回到比較低電子激發態的比較低振動能級。處于比較低電子激發態的比較低振動能級的分子的平均壽命大約在 10s 左右。這時它不是通過內轉換的方式來消耗能量,回到基態,而是通過發射出相應的光量子來釋放能量,回到基態的各個不同的振動能級時,就發射熒光。因為在發射熒光以前已經有一部分能量被消耗,所以發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。雙光子顯微鏡采用長波長激發。全自動多光子顯微鏡多光子激發使用基因編碼的熒光探針可以在突觸和...
神經科學重要的研究工具-多光子顯微鏡作為神經科學重要的研究工具,近年來發展快速,品牌也眾多。我們通常都是在一間開著冷氣的房間里的超大防震臺上見過這樣一套設備。臺面上復雜的光路也讓我們在使用中小心翼翼,生怕弄壞了哪里而無從修復。你是否想象過一臺放在書桌邊上就能使用的多光子顯微鏡,一臺跟普通顯微鏡一樣操作簡便的多光子顯微鏡,一臺不用擔心會碰壞的多光子顯微鏡,一臺可以在不同實驗室之間搬來搬去的多光子顯微鏡,一臺可以從任意角度進行觀察掃描的多光子顯微鏡?滔博生物TOP-Bright是一家集研發,生產,銷售于一體的專注于神經科學產品及致力于向高校、科研機構等領域提供實驗室一體化方案的高科技企...
使用基因編碼的熒光探針可以在突觸和細胞分辨率下監測體內神經元信號,這是揭示動物神經活動復雜機制的關鍵。使用雙光子顯微鏡(2PM)可以以亞細胞分辨率對鈣離子傳感器和谷氨酸傳感器成像,從而測量不透明大腦深處的活動;成像膜電壓變化能直接反映神經元活動,但神經元活動的速度對于常規的2PM來說太快。目前電壓成像主要通過寬場顯微鏡實現,但它的空間分辨率較差并且于淺層深度。因此要在不透明的大腦中以高空間分辨率對膜電壓變化進行成像,需要明顯提高2PM的成像速率。使用雙光子顯微鏡觀察標本的時候,只有在焦平面上才有光漂白和光毒性。美國激光掃描多光子顯微鏡Ultima 2P Plus多束掃描技術可以同時對神經元組織...
神經科學重要的研究工具-多光子顯微鏡作為神經科學重要的研究工具,近年來發展快速,品牌也眾多。我們通常都是在一間開著冷氣的房間里的超大防震臺上見過這樣一套設備。臺面上復雜的光路也讓我們在使用中小心翼翼,生怕弄壞了哪里而無從修復。你是否想象過一臺放在書桌邊上就能使用的多光子顯微鏡,一臺跟普通顯微鏡一樣操作簡便的多光子顯微鏡,一臺不用擔心會碰壞的多光子顯微鏡,一臺可以在不同實驗室之間搬來搬去的多光子顯微鏡,一臺可以從任意角度進行觀察掃描的多光子顯微鏡?滔博生物TOP-Bright是一家集研發,生產,銷售于一體的專注于神經科學產品及致力于向高校、科研機構等領域提供實驗室一體化方案的高科技企...
要想實現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。為了進行連續的軸向重新聚焦,將階梯鏡替換為稍微傾...
要想實現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。為了進行連續的軸向重新聚焦,將階梯鏡替換為稍微傾...
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(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、及其獨特的電化學特征使神經元完成了一系列的專門任務。雙光子與共聚焦在發育生物學中的應用雙光子∶ 每2.5分鐘掃描一次,觀察24小時,發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,不能發育到桑椹胚和胚泡階段共聚焦激發時的細胞存活率為多光子系統的10~20%。多光子顯微鏡銷售/營銷策略建議。共聚焦多光子顯微鏡數據處理某種物質...
與傳統的單光子寬視野熒光顯微鏡相比,多光子顯微鏡(MPM)具有光學切片和深層成像等功能,這兩個優勢極大地促進了研究者們對于完整大腦深處神經的了解與認識。2019年,JeromeLecoq等人從大腦深處的神經元成像、大量神經元成像、高速神經元成像這三個方面論述了相關的MPM技術[1]。想要將神經元活動與復雜行為聯系起來,通常需要對大腦皮質深層的神經元進行成像,這就要求MPM具有深層成像的能力。激發和發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。增加MPM成像深度比較好的方法是用更長的...
基于多光子顯微鏡的神經成像技術原理:多光子顯微鏡可用于深度成像和三維成像,因此可用于拍攝不透明的厚樣品。目前主要使用的多光子顯微鏡包括雙光子顯微鏡和三光子顯微鏡。雙光子顯微鏡的結構與共焦類似,區別在于:1)雙光子顯微鏡的激發光波長比共焦長,能量較低,但穿透能力較強;2)雙光子顯微鏡沒有小孔,提高了檢測效率;3)雙光子顯微鏡成像深度較快提高。那么,為什么雙光子能具有共焦顯微鏡所沒有的優勢呢?原因是它采用雙光子激發方式。使用波長較長的激發光子,光子的能量較低,因此電子需要吸收兩個這樣的激發光子才能達到激發態,從而釋放出一個熒光光子。因此,熒光信號的強度與光強的平方成正比。因為焦點處的光...
與傳統的單光子寬場熒光顯微鏡相比,多光子顯微鏡(MPM)具有光學切片和深度成像的功能,極大地促進了研究人員對整個大腦深部神經的認識。2019年,JeromeLecoq等從腦深部神經元成像、大數量神經元成像、高速神經元成像三個方面討論了相關的MPM技術。為了將神經元活動與復雜行為聯系起來,通常需要對大腦皮層深處的神經元進行成像,這就要求MPM具備深度成像的能力。激發光和發射光會被生物組織高度散射和吸收,這是限制MPM成像深度的主要因素。雖然增加激光強度可以解決散射問題,但會帶來其他問題,如燒焦樣品、散焦和近表面熒光激發。增加MPM成像深度的比較好方法是使用更長的波長作為激發光。另外,...
對于雙光子成像而言,離焦和近表面熒光激發是兩個比較大的深度限制因素,而對于三光子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,所以需要更高數量級的脈沖能量才能獲得與2P激發的相同強度的熒光信號。功能性3P顯微鏡比結構性3P顯微鏡的要求更高,它需要更快速的掃描,以便及時采樣神經元活動;需要更高的脈沖能量,以便在每個像素停留時間內收集足夠的信號。復雜的行為通常涉及到大型的大腦神經網絡,該網絡既具有局部的連接又具有遠程的連接。要想將神經元活動與行為聯系起來,需要同時監控非常龐大且分布普遍的神經元的活動,大腦中的神經網絡會在幾十毫秒內處理傳入的刺激,要想了解這種快速的神經元...
多光子顯微鏡因擁有較深的成像深度,和較高的對比度在生物成像中有著重要的意義,但是它通常需要較高的功率。結合時間上展開的超短脈沖可以實現超快的掃描速度和較深的成像深度,但是其本身所利用的近紅外波段的光會導致分辨率較低。清華大學陳宏偉教授和北京大學席鵬研究員合作研究,結合了結構光成像和上轉化粒子,開發了一種基于多光子上轉化材料和時間編碼結構光顯微鏡的高速超分辨成像系統(MUTE-SIM)。它可以實現50MHz的超高的掃描速度,并突破了衍射極限,實現了超分辨成像。相較于普通的熒光顯微鏡,該顯微鏡提升了,并且只需要較低的激發功率。這種超快、低功率、多光子的超分辨技術,在分辨率高的生物深層組...
我們要指出的是,單光子激發熒光和雙光子激發熒光,是從熒光產生的機理上來區分的。而共焦則是熒光顯微鏡的一種結構,其目的是為了,通過共焦結構,提高整個熒光顯微鏡的空間分辨率。所以共焦熒光顯微鏡可以根據激發光源的不同,實現單光子共焦熒光成像或者雙光子共焦熒光成像。往往一個普通的雙光子熒光顯微鏡(沒有共焦結構)其空間分辨率也可以達到單光子共焦熒光顯微鏡的水平。這樣就可以簡化整個系統,相對來說,就提高了激發光源的利用率,以及熒光的探測效率,這個也是我們提倡雙光子熒光成像的原因之一。雙光子熒光共焦顯微鏡由于雙光子效應和共焦結構,分辨率則會更高,而我們通常說的共焦顯微鏡都是指單光子激發熒光的。目前主要使用的...
針對雙光子熒光顯微鏡的特點,從理論上分析雙光子成像特點,并搭建一套時間、空間分辨率高,能實時、動態、多參數測量的雙光子熒光顯微鏡系統。具體系統應實現∶(1)能對不同染料的雙光子熒光進行探測;(2)用特定染料對樣品標記以后,能實現雙光子熒光的三維成像;(3)通過實驗的研究,改進雙光子熒光顯微成像系統;(4)在保證成像質量的前提下,簡化整個系統,使得實驗操作方便、安全。單光子激發熒光的過程,就是熒光分子吸收一個光子,從基態躍遷到激發態,躍遷以后,能量較大的激發態分子,通過內轉換把部分能量轉移給周圍的分子,自己回到比較低電子激發態的比較低振動能級。處于比較低電子激發態的比較低振動能級像在生物醫學光學...
多光子激發掃描顯微成像系統的不足。只能對熒光成像。如果樣品包括能夠吸收激發光的色團,如色素,樣品可能受到熱損傷。分辨率略有降低,雖然可以通過同時利用共焦的小孔得到改善,但是信號會有損耗。受昂貴的超快激光器限制,多光子掃描顯微鏡的成本較高。多光子激發顯微鏡應用舉例。動物和腦片神經細胞結構與功能、動物腦皮層的成像、胚胎發育過程的長時間動態觀測、多光子激發光解籠、細胞內微區鈣動力學、多光子激發自發熒光、其它應用。從產品類型及技術方面來看,正置顯微鏡占據絕大多數市場。美國進口多光子顯微鏡Ultima Investigator現代分子生物學技術的迅速發展和科技的進步,特別是隨著后基因組時代的到來,人們已...
某種物質能產生熒光,首要條件是分子必須具有吸收的結構,即生色團(分子中具有吸收特征頻率的光能的基團)。其次,該物質必須具有一定的量子產率和適宣的環境。我們把分子中發射熒光的基團稱為熒光團。熒光團一定是生色團,但生色團不一定是熒光團。因為,如果生色團的量子產率等于零,就不能發射出熒光,處于激發態的分子,可以由許多方式(如熱,碰撞)把能量釋放出來,發射熒光只是其中的一種方式。此外,一種物質吸收光的能力及量子產率又與物質所處的環境密切相關。多光子顯微鏡能提供多種對比度機制。美國熒光多光子顯微鏡代理因斯蔻浦(上海)生物科技有限公司 雙光子顯微鏡的基本原理是:在高光子密度的情況下,熒光分子可以同時吸收 ...
1,光源、光路高度整合通過精密的設計,將飛秒激光器、掃描振鏡、PMT、濾光片組,甚至是單光子熒光光路全套整合在一個不大的掃描頭(ScanHead)內,無論掃描頭如何移動,掃描頭內的光路都可以保持穩定不變,從而實現了超穩定、免維護的特點。2,配合多維度、高精度機械控制系統。掃描頭直接架設在一個多維運動的機械裝置上,可沿任意方向和角度移動掃描頭,方便對動物樣本進行多方位的掃描觀察。而這在常規方案的多光子顯微鏡上有很大的實現難度,不但需要多個關節組合的光路導向機構,并且在這些關節旋轉的時候,都冒著極大的光路偏移的風險,以至于在使用一段時間后都需要對光路進行再次校準,而這樣的問題在我司上則...
在生物成像中,我司多光子顯微鏡具有清(清晰),快(快速),深(深層),活這四個方面。結合了多光子上轉化材料以及時間編碼的結構光超分辨技術,實現了快速(50MHz的掃描速度),超分辨(超衍射極限)成像。作為一種新的高速,超高分辨率的成像系統,MUTE-SIM可以幫助我們對快速運動的生物圖像進行分辨率高的成像。盡管關于深度成像的應用我們沒有進一步展示,但是結合1560nm近紅外光相對于可見光更佳的穿透性,我們相信該技術將有利于對生物組織進行高速,超分辨,高深度地成像,有助于生物影像學的發展。滔博生物TOP-Bright是一家集研發,生產,銷售于一體的專注于神經科學產品及致力于向高校、科...
國內顯微鏡制造市場目前斷層嚴重。目前我國顯微鏡行業發展缺乏技術沉淀,20年以上經營積累的企業十分稀缺,深度精密制造、光學主要部件設計及工藝嚴重制約產業升級。目前中國顯微鏡中如多光子顯微鏡、共聚焦掃描和電子顯微鏡等主要集中在徠卡顯微系統、蔡司、尼康、奧林巴斯等國外企業。國內具備生產顯微鏡能力的企業屈指可數,若國內顯微鏡企業能打破技術壁壘,切入顯微鏡市場,企業的生產經營將騰躍至一個更高的格局。未來國產多光子激光掃描顯微鏡替代空間大。目前中國使用的多光子激光掃描顯微鏡幾乎被徠卡顯微系統、蔡司、尼康和奧林巴斯壟斷。國內有能力開始生產多光子激光掃描顯微鏡的企業極少,若國內能夠制造出高性能、高可靠性的多光...
使用基因編碼的熒光探針可以在突觸和細胞分辨率下監測體內神經元信號,這是揭示動物神經活動復雜機制的關鍵。使用雙光子顯微鏡(2PM)可以以亞細胞分辨率對鈣離子傳感器和谷氨酸傳感器成像,從而測量不透明大腦深處的活動;成像膜電壓變化能直接反映神經元活動,但神經元活動的速度對于常規的2PM來說太快。目前電壓成像主要通過寬場顯微鏡實現,但它的空間分辨率較差并且于淺層深度。因此要在不透明的大腦中以高空間分辨率對膜電壓變化進行成像,需要明顯提高2PM的成像速率。利用多光子顯微鏡的光遺傳學操作能力,我們可以對某類神經元的ji活和失活進行高精度的操作。美國多光子顯微鏡準確定位 多光子顯微優點:☆光損傷小...
比較兩表格中的相關參數可以看出,基于分子光學標記的成像技術已經在生物活檢和基因表達規律方面展示了較大的優勢。例如,正電子發射斷層成像(PET)可實現對分子代謝的成像,空間分辨率∶1-2mm,時間分辨率;分鐘量級。與PET比較,光學成像的應用場合更廣(可測量更多的參數,請參見表1-1),且具有更高的時間分辨率(秒級),空間分辨率可達到微米。因此,二者相比,雖然光學成像在測量深度方面不及PET,但在測量參數種類與時空分辨率方面有一定優勢。對于小動物(如小白鼠)研究來說,光學成像技術可以實現小動物整體成像和在體基因表達成像。例如,初步研究表明,熒光介導層析成像可達到近10cm的測量深度;基于多光子激...
使用基因編碼的熒光探針可以在突觸和細胞分辨率下監測體內神經元信號,這是揭示動物神經活動復雜機制的關鍵。使用雙光子顯微鏡(2PM)可以以亞細胞分辨率對鈣離子傳感器和谷氨酸傳感器成像,從而測量不透明大腦深處的活動;成像膜電壓變化能直接反映神經元活動,但神經元活動的速度對于常規的2PM來說太快。目前電壓成像主要通過寬場顯微鏡實現,但它的空間分辨率較差并且于淺層深度。因此要在不透明的大腦中以高空間分辨率對膜電壓變化進行成像,需要明顯提高2PM的成像速率。中國市場多光子顯微鏡進出口貿易趨勢。美國靈長類多光子顯微鏡Ultima Investigator從產品類型及技術方面來看,正置顯微鏡占據絕大多數市場。...
使用基因編碼的熒光探針可以在突觸和細胞分辨率下監測體內神經元信號,這是揭示動物神經活動復雜機制的關鍵。使用雙光子顯微鏡(2PM)可以以亞細胞分辨率對鈣離子傳感器和谷氨酸傳感器成像,從而測量不透明大腦深處的活動;成像膜電壓變化能直接反映神經元活動,但神經元活動的速度對于常規的2PM來說太快。目前電壓成像主要通過寬場顯微鏡實現,但它的空間分辨率較差并且于淺層深度。因此要在不透明的大腦中以高空間分辨率對膜電壓變化進行成像,需要明顯提高2PM的成像速率。多光子顯微鏡的發展歷史充滿了貢獻、開發、進步和數個世紀以來多個來源和地點的改進。激光掃描多光子顯微鏡成像精度某種物質能產生熒光,首要條件是分子必須具有...
光學成像技術與分子生物學技術的結合為研究上述科學問題提供了條件與可能。因此,在現代分子生物學技術基礎上,急需發展新的成像技術。在動物體內,如何實現基因表達及蛋白質之間相五作用的實時在體成像監測是當前迫切需要解決的重大科學技術問題。這是也生物學、信息科學(光學)和基礎臨床醫學等學科共同感興趣的重大問題。對這-一一科學問題的研究不僅有助于闡明生命活動的基本規律、認識疾病的發展規律,而且對創新藥物研究、藥物療效評價以及發展疾病早期診斷技術等產生重大影響。多光子顯微鏡可以進行深層成像,且具有三維成像的能力,可以應用于拍攝不透明的厚樣品。清醒動物多光子顯微鏡配置 當激光光束焦點的位置在鏡面上,此時被反...
多光子顯微鏡因擁有較深的成像深度,和較高的對比度在生物成像中有著重要的意義,但是它通常需要較高的功率。結合時間上展開的超短脈沖可以實現超快的掃描速度和較深的成像深度,但是其本身所利用的近紅外波段的光會導致分辨率較低。清華大學陳宏偉教授和北京大學席鵬研究員合作研究,結合了結構光成像和上轉化粒子,開發了一種基于多光子上轉化材料和時間編碼結構光顯微鏡的高速超分辨成像系統(MUTE-SIM)。它可以實現50MHz的超高的掃描速度,并突破了衍射極限,實現了超分辨成像。相較于普通的熒光顯微鏡,該顯微鏡提升了,并且只需要較低的激發功率。這種超快、低功率、多光子的超分辨技術,在分辨率高的生物深層組...
我們要指出的是,單光子激發熒光和雙光子激發熒光,是從熒光產生的機理上來區分的。而共焦則是熒光顯微鏡的一種結構,其目的是為了,通過共焦結構,提高整個熒光顯微鏡的空間分辨率。所以共焦熒光顯微鏡可以根據激發光源的不同,實現單光子共焦熒光成像或者雙光子共焦熒光成像。往往一個普通的雙光子熒光顯微鏡(沒有共焦結構)其空間分辨率也可以達到單光子共焦熒光顯微鏡的水平。這樣就可以簡化整個系統,相對來說,就提高了激發光源的利用率,以及熒光的探測效率,這個也是我們提倡雙光子熒光成像的原因之一。雙光子熒光共焦顯微鏡由于雙光子效應和共焦結構,分辨率則會更高,而我們通常說的共焦顯微鏡都是指單光子激發熒光的。點掃描多光子顯...
隨著生物分子光學標記技術的不斷進步,光學技術在揭示生命活動基本規律的研究中正發揮越來越重要的作用,也為醫學診療提供了更多、更有效的手段。生物醫學光學(BiomedicalOptics)是近年來受到國際光學界和生物醫學界關注的研究熱點,在生物活檢、光動力、細胞結構與功能檢測、基因表達規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、凋亡及信號轉導)的發生和調節是通過生物大分子間(如蛋白質-蛋白質、蛋白質-核酸等)相互作用來實現的。蛋白質作為基因調控的產物,與細胞和機體生理過程代謝直接相關,深入研究基因表達及蛋...
從應用的行業來看,多光子激光掃描顯微鏡主要集中于機構、學校及醫院對生物科學的研究。與此同時,光學玻璃、液晶材料、濾光片、電子元器件等光學材料則組成了上行業。處于中游的多光子激光掃描顯微鏡行業正是受到上下**業的共同影響,才會呈現出目前的市場態勢。2020年,全球多光子激光掃描顯微鏡市場規模達到了,預計2027年將達到,年復合增長率(CAGR)為(2021-2027)。中國市場規模增長快速,2020年,中國多光子激光掃描顯微鏡市場收入達到了,預計2027年將達到,年復合增長率(CAGR)為(2021-2027)。本報告研究“十三五”期間全球及中國市場多光子激光掃描顯微鏡的供給和需求情...