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業。業務服務...
Ca2+是重要的第二信使,對于調節細胞的生理反應具有重要的作用,開發和利用雙光子熒光顯微成像技術對Ca2+熒光信號進行觀測,可以從某些方面對有機體或細胞的變化機制進行分析,具有重要的意義。利用雙光子熒光顯微成像技術可以觀察細胞內用熒光探針標記的Ca2*的時間和空間的熒光圖像的變化,還可以觀察細胞某一層面或局部的(Ca2+)熒光圖像和變化。通過對單細胞的研究發現,Ca2+不僅在細胞局部區域間的分布是不均勻的,而且細胞內各局部區域的不同深度或層次間也存在不同程度的Ca2+梯差即所謂的空間Ca2梯差。多光子顯微鏡技術的優勢如何?又有哪些應用?美國多光子顯微鏡峰值功率密度單束掃描技術可以高速遍歷大視場...
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織成像上有著...
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。2020年,全球多光子激光掃描正置顯微鏡市場達到87.30百萬美元,預計到2027年該部分市場將達到154.02百萬美元,年復合增長率(2021-2027)為8.48%。中國多光子激光掃描正置顯微鏡市場達到13.32百萬美元,預計到2027年該部分市場將達到25.21百萬美元,年復合增長率(2021-2027)為9.58%。從產品市場應用情況來看,研究機構為主要應用領域,2020年約占全球市場46.28%。2020年,全球多光子激光掃描顯微鏡研究機構應用消費量為174臺,預計2027年達到349臺,2021-2027年復合增長率(CAGR)...
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,人們已經能夠根據需要建立各種細胞模型,為在體研究基因表達規律、分子間的相互作用、細胞的增殖、細胞信號轉導、誘導分化、細胞凋亡以及新的血管生成等提供了良好的生物學條件。然而,盡管人們利用現有的分子生物學方法,已經對基因表達和蛋白質之間的相互作用進行了深入、細致的研究,但仍然不能實現對蛋白質和基因活動的實時、動態監測。在細胞的生理過程中,基因、尤其是蛋白質的表達、修飾和相萬作用往往發生可逆的、動態的變化。目前的分子生物學方法還不能捕獲到蛋白質和基因的這些變化,但獲取這些信息對與研究基因的表達和蛋白質之間的相互作用又至關重要。因...
通過添加FACED模塊,可以將基于標準振鏡的現有2PM輕松轉換為千赫茲成像系統。FACED雙光子熒光顯微鏡遵循光柵掃描,需要很少的計算處理,在稀疏或密集的標記樣本中均可以使用,并且不受串擾的影響,而且對整個圖像平面采樣后可以進行運動校正。實驗中沒有觀察到光損傷的跡象,此外,子脈沖延遲到達相同的樣品位置,能為熒光團提供充足的時間使其從易于破壞的暗態返回到基態,可以明顯減少光漂白。使用現有的傳感器,FACED雙光子熒光顯微鏡可以提供足夠的速度和靈敏度來檢測神經元過程中的鈣瞬變和谷氨酸瞬變,以及來自細胞體的尖峰和亞閾值電壓。該組使用基于FACED的2PM顯微鏡,在小鼠大腦中實現了千赫茲速率的神經活動...
多光子顯微鏡成像深度深、對比度高,在生物成像中具有重要意義,但通常需要較高的功率。結合時間傳播的超短脈沖可以實現超快的掃描速度和較深的成像深度,但近紅外波段的光本身會導致分辨率較低。基于多光子上轉換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)是由清華大學教授和北京大學彭研究員合作開發的。可實現50MHz的超高掃描速度,突破衍射極限,實現超分辨率成像。與普通熒光顯微鏡相比,該顯微鏡經過改進,只需要較低的激發功率。這種超快、低功耗、多光子超分辨率技術在高分辨率生物深層組織成像中具有長遠的應用前景。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...
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。顯微鏡產品正拉動市場需求,多光子顯微鏡市場發展潛力巨大。模塊化多光子顯微鏡準確定位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...
當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。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。美國布魯克多光子顯微鏡單分子成像定位...
多光子成像系統提供的優勢包括了真正的三維成像、對活組織內部深處進行成像的能力以及消除平面外熒光的能力。使用這種方法進行成像,可以對斯托克斯位移非常短和/或效率非常低的熒光染料進行成像,甚至可以對樣品或組織中固有的熒光分子進行成像。多光子成像的缺點包括需要高峰值功率脈沖激光器,例如鎖模鈦:藍寶石激光器,并且直到現在,缺乏在整個發射范圍內提供足夠吞吐量的高性能濾光片。整個激光調諧范圍內的興趣和足夠的阻擋。多光子顯微鏡銷售/營銷策略建議。模塊化多光子顯微鏡作用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...
首代小型化雙光子顯微鏡在國際上獲得小鼠自由行為過程中大腦神經元和突觸的動態圖像后,我們成功研制了第二代小型化雙光子顯微鏡。它具有更大的成像視野和三維成像能力,可以清晰穩定地對自由活動小鼠三維腦區的數千個神經元進行成像,實現對同一批神經元的一個月追蹤記錄。通過對微光學系統的重新設計系統的。微物鏡工作距離延長至1mm,實現無創成像。內嵌可拆卸的快速軸向掃描模塊,可采集深度180微米的3D體成像和多平面快速切換的實時成像。該掃描模塊由一個快速的電動變焦透鏡和一對中繼透鏡組成,在不同深度成像時可保持放大倍率恒定。其變焦模塊重量,研究人員可根據實驗需求自由拆卸。此外,新版微型化成像探頭可整體即時拔插,極...
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織成像上有著...
在生物成像中,我司多光子顯微鏡具有清晰,快速,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、科研機構等領域提供實驗室一體化方...
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...
多光子激發在紫外成像的優勢在可見光脈沖中能得到紫外衍射的顯微觀察像。即使不使用紫外域光源、光學元件用可見光源、光學元件就能得到紫外光激勵的高空間分辨率圖像。多光子在生物成像中的優勢在生物顯微鏡觀察方面,較早考慮的是不損壞生物本身的活性狀態,維持水分、離子濃度、氧和養分的流通。在光觀察場合,無論是熱還是光子能量方面都必須停留在細胞不受損傷的照射量、光能量內。多光子顯微鏡則能夠滿足此,而且還具有很多優點。如三維分辨率、深度侵入、在散射效率、背景光、信噪比、控制等方面,均有以往激光顯微鏡不具備,或具有無法比擬的超越特性。從雙光子到三光子甚至四光子,這種非線性成像技術通常也被統稱為多光子顯微鏡。高速高...
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。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波長作...
多光子激發在紫外成像的優勢在可見光脈沖中能得到紫外衍射的顯微觀察像。即使不使用紫外域光源、光學元件用可見光源、光學元件就能得到紫外光激勵的高空間分辨率圖像。多光子在生物成像中的優勢在生物顯微鏡觀察方面,較早考慮的是不損壞生物本身的活性狀態,維持水分、離子濃度、氧和養分的流通。在光觀察場合,無論是熱還是光子能量方面都必須停留在細胞不受損傷的照射量、光能量內。多光子顯微鏡則能夠滿足此,而且還具有很多優點。如三維分辨率、深度侵入、在散射效率、背景光、信噪比、控制等方面,均有以往激光顯微鏡不具備,或具有無法比擬的超越特性。多光子顯微鏡之類的先進光學技術能夠在活生物體的大腦表面下更深地成像。多光子顯微鏡...
單束掃描技術可以高速遍歷大視場(FOV)的神經組織:使用MPM對神經元進行成像時,通過隨機訪問掃描—即激光束在整個視場上的任意選定點上進行快速掃描—可以只掃描感興趣的神經元,這樣不僅避免掃描到任何未標記的神經纖維,還可以優化激光束的掃描時間。隨機訪問掃描(圖1)可以通過聲光偏轉器(AOD)來實現,其原理是將具有一個射頻信號的壓電傳感器粘在合適的晶體上,所產生的聲波引起周期性的折射率光柵,激光束通過光柵時發生衍射。通過射頻電信號調控聲波的強度和頻率從而可以改變衍射光的強度和方向,這樣使用1個AOD就可以實現一維橫向的任意點掃描,利用1對AOD,結合其他軸向掃描技術可實現3D的隨機訪問掃描。但是該...
有許多方法可以實現快速光柵掃描,例如使用振鏡進行快速2D掃描,以及將振鏡與可調電動透鏡相結合進行快速3D掃描。而可調電動式鏡頭由于機械慣性的限制,無法在軸向快速切換焦點,影響成像速度。現在它可以被空間光調制器(SLM)取代。遠程對焦也是實現3D成像的一種手段,如圖2所示。LSU模塊中,掃描振鏡水平掃描,ASU模塊包括物鏡L1和反射鏡M,通過調整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,還可以進行快速軸向掃描。為了獲得更多的神經元成像,可以通過調整顯微鏡的物鏡設計來放大FOV。然而,大NA和大FOV的物鏡通常很重,不能快速移動以進行快速軸向掃描,因此大FOV系統依賴于遠程聚...
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業。業務服務...
對兩個遠距離(相距大于1-2mm)的成像部位,通常使用兩條單獨的路徑進行成像;對于相鄰區域,通常使用單個物鏡的多光束進行成像。多光束掃描技術必須特別注意激發光束之間的串擾問題,這個問題可以通過事后光源分離方法或時空復用方法來解決。事后光源分離方法指的是用算法來分離光束消除串擾;時空復用方法指的是同時使用多個激發光束,每個光束的脈沖在時間上延遲,這樣就可以暫時分離被不同光束激發的單個熒光信號。引入越多路光束就可以對越多的神經元進行成像,但是多路光束會導致熒光衰減時間的重疊增加,從而限制了區分信號源的能力;并且多路復用對電子設備的工作速率有很高的要求;大量的光束也需要更高的激光功率來維持近似單光束...
雙光子熒光顯微成像主要有以下優點:a.光損傷小:雙光子熒光顯微以可見光或近紅外光為激發光,對細胞和組織的光損傷小,適合長期研究;b.穿透力強:與紫外光、可見光或近紅外光相比,穿透力強,可用于生物樣品的深入研究;c.高分辨率:由于雙光子吸收截面很小P,熒光只能在焦平面很小的區域激發,雙光子吸收被限制在焦點λ左右的體積內;d.漂白區域很小,焦點外不發生漂白。E.高熒光收集率與共焦成像相比,雙光子成像不需要濾光片,提高了熒光收集率。采集效率的提高直接導致圖像對比度的提高。F.對探測光路要求低。由于激發光和發射熒光的波長差越來越大,加上自發三維濾波效應,多光子顯微鏡對光路采集系統的要求遠低于單光子共焦...
Ca2+是重要的第二信使,對于調節細胞的生理反應具有重要的作用,開發和利用雙光子熒光顯微成像技術對Ca2+熒光信號進行觀測,可以從某些方面對有機體或細胞的變化機制進行分析,具有重要的意義。利用雙光子熒光顯微成像技術可以觀察細胞內用熒光探針標記的Ca2*的時間和空間的熒光圖像的變化,還可以觀察細胞某一層面或局部的(Ca2+)熒光圖像和變化。通過對單細胞的研究發現,Ca2+不僅在細胞局部區域間的分布是不均勻的,而且細胞內各局部區域的不同深度或層次間也存在不同程度的Ca2+梯差即所謂的空間Ca2梯差。多光子顯微鏡已經被生物學家普遍的運用于實驗中。進口多光子顯微鏡成像精度作為一個多學科、知識密集型和資...
2020年,TonmoyChakraborty等人提出了一種加快2PM軸向掃描速度的方法[2]。在光學顯微鏡中,物鏡或樣品的緩慢軸向掃描速度限制了體積成像的速度。近年來,通過使用遠程聚焦技術或電可調諧透鏡(ETL)已經實現了快速軸向掃描;但是,遠程聚焦中反射鏡的機械驅動會限制軸向掃描速度,ETL會引入球面像差和更高階像差,從而無法進行高分辨率成像。為了克服這些局限性,該組引入了一種新穎的光學設計,能將橫向掃描轉換為可用于高分辨率成像的無球差的軸向掃描。該設計有兩種實現方式,第一種能夠執行離散的軸向掃描,另一種能夠進行連續的軸向掃描。具體裝置如圖3a所示,由兩個垂直臂組成,每個臂中都有一個4F望...
在生物成像中,我司多光子顯微鏡具有清晰,快速,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、科研機構等領域提供實驗室一體化方...
當激光光束焦點的位置在鏡面上,此時被反射的激光在無限空間中成為準直光束,并在OBJ2的焦平面上形成了一個激光光斑。同理,如果橫向掃描光束,則會形成遠離傾斜鏡鏡面的焦點,這又導致返回的光束會聚或發散,進而OBJ2能在軸向不同位置形成焦點,通過這種方式即能實現連續的軸向掃描。對于較小的傾斜角,聚焦沒有球差。該組在實驗中表征了這種將橫向掃描轉換為軸向掃描技術的光學性能,并使用它將光片顯微鏡的成像速度提升了一個數量級,從而可以在三個維度上量化快速的囊泡動力學。該組還演示了使用雙光子光柵掃描顯微鏡以12kHz進行共振遠程聚焦,該技術可對大腦組織和斑馬魚心臟動力學進行快速成像,并具有衍射極限的分辨率。多光...
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。多光束掃描技術必須特別注意激發光束之間的串擾,這可以通過事后光源分離或時空復用來解決。事后光源分離法是指分離光束以消除串擾的算法;時空復用法是指同時使用多個激發光束,每個光束的脈沖在時間上被延遲,使不同光束激發的單個熒光信號可以暫時分離。引入的光束越多,可以成像的神經元越多,但多束會導致熒光衰減時間重疊增加,從而限制了分辨信號源的能力;并且復用對電子設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,這樣容易導致組織損傷。從產品類型及技術方面來...
多光子顯微鏡成像深度深、對比度高,在生物成像中具有重要意義,但通常需要較高的功率。結合時間傳播的超短脈沖可以實現超快的掃描速度和較深的成像深度,但近紅外波段的光本身會導致分辨率較低。基于多光子上轉換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)是由清華大學教授和北京大學彭研究員合作開發的。可實現50MHz的超高掃描速度,突破衍射極限,實現超分辨率成像。與普通熒光顯微鏡相比,該顯微鏡經過改進,只需要較低的激發功率。這種超快、低功耗、多光子超分辨率技術在高分辨率生物深層組織成像中具有長遠的應用前景。多光子顯微鏡的分辨率比傳統的單光子共聚焦要低的多。嚙齒類多光子顯微鏡應用作為一個...
以往我們認識的光電效應是單光子光電效應,即一個電子在極短時間內能吸收到一個光子而從金屬表面逸出。強激光的出現豐富了人們對于光電效應的認識,用強激光照射金屬,由于其光子密度極大,一個電子在短時間吸收多個光子成為可能,從而形成多光子電效應,這已被實驗證實。為什么一般討論的光電效應都是指單光子光電效應呢?這是因為,在使用普通光源的情況下,電子吸收兩個以上光子能量的概率是非常非常小的,幾乎為零。事實上,愛因斯坦本人就考慮過在強光下發生光電效應的可能性問題。對此,他有如下的論述:光電效應中的一個電子吸收兩個光子的幾率不會大于下雨天兩個雨滴同事打在一個螞蟻上的幾率。因此,多光子光電效應在實驗上的研究成為可...
雙光子熒光顯微成像主要有以下優點:a.光損傷小:雙光子熒光顯微以可見光或近紅外光為激發光,對細胞和組織的光損傷小,適合長期研究;b.穿透力強:與紫外光、可見光或近紅外光相比,穿透力強,可用于生物樣品的深入研究;c.高分辨率:由于雙光子吸收截面很小P,熒光只能在焦平面很小的區域激發,雙光子吸收被限制在焦點λ左右的體積內;d.漂白區域很小,焦點外不發生漂白。E.高熒光收集率與共焦成像相比,雙光子成像不需要濾光片,提高了熒光收集率。采集效率的提高直接導致圖像對比度的提高。F.對探測光路要求低。由于激發光和發射熒光的波長差越來越大,加上自發三維濾波效應,多光子顯微鏡對光路采集系統的要求遠低于單光子共焦...