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國內雙光子顯微鏡應用是什么

來源: 發布時間:2022-09-18

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只是于淺層深度。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,需要較提高2PM的成像速率。FACED模塊輸出處的子脈沖序列可以看作從虛擬光源陣列發出的光,這些子脈沖在中繼到顯微鏡物鏡后形成了一個空間上分離且時間延遲的焦點陣列。然后將該模塊并入具有高速數據采集系統的標準雙光子熒光顯微鏡中,如圖2所示。光源是具有1MHz重復頻率的920nm的激光器,通過FACED模塊可產生80個脈沖焦點,其脈沖時間間隔為2ns。這些焦點是虛擬源的圖像,虛擬源越遠,物鏡處的光束尺寸越大,焦點越小。光束沿y軸比x軸能更好地充滿物鏡,從而導致x軸的橫向分辨率為0.82μm,y軸的橫向分辨率為0.35μm。雙光子顯微鏡有哪些應用呢?國內雙光子顯微鏡應用是什么

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首先我們來簡單介紹一下激光掃描共聚焦和雙光子這兩種當紅的顯微成像技術。激光掃描共聚焦顯微技術,是熒光顯微成像的一種,用于激發樣品的熒光信號并對其放大成像。在激光掃描共聚焦顯微鏡中,樣品焦平面上每一時刻只有一個點被激發光照射,縱然焦平面外也有激發光照射,但通過探測器前的(pinhole),有焦平面上的熒光信號能被探測器接收。也就是說,每個時刻,只有焦平面上一個點的信號被探測。通過點掃描的方式,一個個點的信號就可以組合出終的圖像。雙光子顯微鏡(包括多光子顯微鏡)同樣采用點掃描的方式得到圖像。不同的是,其采用的激發光波長較長,只有當兩個(或更多)激發光光子幾乎同時轟擊熒光探針的時候才可能激發出熒光信號。所以只有在光子密度特別大的焦點,出才會激發出熒光。也就是說,雙光子顯微鏡中,同樣每個時刻只有焦平面上一個點的信號被探測,并且連焦平面外的熒光信號也不會有。國內雙光子顯微鏡應用是什么雙光子顯微鏡將得到更大的發展與更廣的應用。

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從雙光子的原理和特點我們就可以明顯的得出雙光子的優點:☆光損傷小:由于雙光子顯微鏡使用的是可見光或近紅外光作為激發光源,這一波段的光對細胞和組織的光損傷小,適用于長時間的研究;☆穿透能力強:相對于紫外光,可見光和近紅外光都具有更強的穿透能力,因而受生物組織散射的影響更小,解決對生物組織中深層物質的層析成像研究問題;☆高分辨率:由于雙光子吸收截面很小,只有在焦平面很小的區域內可以激發出熒光,雙光子吸收只局限于焦點處的體積約為波長3次方的范圍內;☆漂白區域小:由于激發只存在于交點處,所以焦點以外的區域都不會發生光漂白現象;☆熒光收集率高:與共聚焦成像相比,雙光子成像不需要光學濾波器(共焦),這樣就提高了對熒光的收集率,而收集率的提高直接導致圖像對比度的提高;☆圖像對比度高:由于熒光波長小于入射波長,因而瑞利散射產生的背景噪聲只有單光子激發時的1/16,明顯降低了散射的干擾;☆光子躍遷具有很強的選擇激發性,所以可以對生物組織中一些特殊物質進行成像研究;

新一代微型化雙光子熒光顯微鏡體積小,重只2.2克,適于佩戴在小動物頭部顱窗上,實時記錄數十個神經元、上千個神經突觸的動態信號。在大型動物上,還可望實現多探頭佩戴、多顱窗不同腦區的長時程觀測。相比單光子激發,雙光子激發具有良好的光學斷層、更深的生物組織穿透等優勢,其橫向分辨率達到0.65μm,成像質量與商品化大型臺式雙光子熒光顯微鏡可相媲美,遠優于目前領域內主導的、美國腦科學計劃重要團隊所研發的微型化寬場顯微鏡。采用雙軸對稱高速微機電系統轉鏡掃描技術,成像幀頻已達40Hz(256*256像素),同時具備多區域隨機掃描和每秒1萬線的線掃描能力。此外,采用自主設計可傳導920nm飛秒激光的光子晶體光纖,該系統實現了微型雙光子顯微鏡對腦科學領域較廣泛應用的指示神經元活動的熒光探針(如GCaMP6)的有效利用。 同時采用柔性光纖束進行熒光信號的接收,解決了動物的活動和行為由于熒光傳輸光纜拖拽而受到干擾的難題。未來,與光遺傳學技術的結合,可望在結構與功能成像的同時,精細地操控神經元和神經回路的活動。雙光子顯微鏡使用方法是什么?

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雙光子熒光顯微鏡是結合了激光掃描共聚焦顯微鏡和雙光子激發技術的一種新技術。雙光子激發的基本原理是:在高光子密度的情況下,熒光分子可以同時吸收2個長波長的光子,在經過一個很短激發態后,發射出一個波長較短的光子;其效果和使用一個波長為長波長一半的光子去激發熒光分子是相同的。因其光損傷小、樣本透射深等優勢,使得觀察熒光細胞成為可能。中國醫學科學院醫學實驗動物研究所-雙光子顯微鏡成像平臺借助于雙光子顯微鏡成像技術及不同轉基因小鼠開展對多種臟器的***成像研究。以小鼠顱內***成像為優勢,可動態**觀察小鼠顱內神經細胞、小膠質細胞/巨噬細胞、周細胞、血管、轉移瘤細胞、膠質瘤細胞等的變化情況,在**學、神經生物學、發育生物學、神經退行性疾病等領域具有廣泛應用。小鼠其它組織臟器,如脾、肺、顱骨、股骨、胸骨等也可借助本平臺進行成像研究。雙光子顯微鏡可以精確穿透較厚標本進行定點、有生命體的觀察!美國熒光雙光子顯微鏡

雙光子顯微鏡在組織透明化成像中應用。國內雙光子顯微鏡應用是什么

雙光子熒光顯微鏡是結合了激光掃描共聚焦顯微鏡和雙光子激發技術的一種新技術。雙光子激發的基本原理是:在高光子密度的情況下,熒光分子可以同時吸收2個長波長的光子,在經過一個很短的所謂激發態壽命的時間后,發射出一個波長較短的光子;其效果和使用一個波長為長波長一半的光子去激發熒光分子是相同的。雙(多)光子成像優勢在于,具有更深的組織穿透深度,利用紅外光,能夠在層面檢測極限達1mm的組織區域;因信號背景比高,而具有更高的對比度;因激發體積小,具有定點激發的特性,具有更少的光毒性;激發波長由紫外、可見光調整為紅外激發,能夠更加安全。國內雙光子顯微鏡應用是什么

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