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激光熒光雙光子顯微鏡成像原理

來源: 發布時間:2024-08-13

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,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,雙光子顯微鏡放大倍數是多少?激光熒光雙光子顯微鏡成像原理

激光熒光雙光子顯微鏡成像原理,雙光子顯微鏡

隨著技術的發展,雙光子顯微鏡的性能得到不斷地優化,結合它的特點,大致可以分成深和活兩個方面的提升。要想讓激發激光進入更深的層面,大致可從兩個方面入手,裝置優化與標本改造。關于裝置優化,我們可以把激光束變得更細,使能量更加集中,就能讓激光穿透更深。關于標本,其中影響光傳播的主要是物質吸收和散射,解決這個問題,我們需要對樣本進行透明化處理。一種方法是運用某種物質將標本浸泡,使其中的物質(主要是脂質)被破壞或溶解。另一種方法是運用電泳將脂質電解,讓標本的“透明度”得到提高。美國熒光激光雙光子顯微鏡原理雙光子顯微鏡工作原理是利用兩個光子的能量相加達到熒光激發能量閾值,來激發樣品中熒光分子發出熒光信號。

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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,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的研究;

在國家自然科學基金委國家重大科研儀器研制專項《超高時空分辨微型化雙光子在體顯微成像系統》的支持下,北京大學分子醫學研究所、信息科學技術學院、動態成像中心、生命科學學院、工學院聯合中國人民醫學科學院組成跨學科團隊,歷經三年多的協同奮戰,成功研制新一代高速分辨微型化雙光子熒光顯微鏡,并獲取了小鼠在自由行為過程中大腦神經元和神經突觸活動清晰、穩定的圖像。原始論文于5月29日在線發表于自然雜志子刊NatureMethods(IF25.3),并已申請多項。雙光子顯微鏡型號有哪些?

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雙光子技術在醫療診斷應用中具有巨大的潛力,該領域還未形成標準和體系,還仍需要系統的醫學研究與龐大的醫療數據加以支撐,通過研究人體基于多光子成像技術,進行細胞結構、生化成分、微環境、組織形態、代謝功能的影響信息,找到與疾病的細胞學、分子生物學、組織病理學、診斷和特征的關聯關系,共同探究生理病理基礎和分子細胞生物學機制,篩選鑒定、皮膚病、自身免疫病及其他疑難疾病的診斷及鑒別診斷依據,建立全新的多光子細胞診斷的完整數據庫,定義出針對不同疾病的多光子臨床檢測設備的產品標準。討論環節,來自病理科、呼吸中心、心臟科、神經科、皮膚科及研究所的多位醫師及研究人員紛紛結合各自的工作領域與王愛民副教授展開了熱烈的討論,其中毛發中心楊頂權主任計劃再次邀請王愛民副教授進行學術交流。通過本次學術交流,病理科與研究所分別與王愛民副教授課題組達成了初步的合作意向。雙光子顯微鏡只有焦平面處才能形成雙光子吸收,而焦平面之外由于光強低無法被發動,所以雙光子成像更清晰。國外bruker雙光子顯微鏡成像技術

雙光子顯微鏡在多個領域研究中已有許多成功實例。激光熒光雙光子顯微鏡成像原理

    細胞內鈣離子作為重要的信號分子其作用具有時間性和空間性。當個細胞興奮時,產生了一個電沖動,此時,細胞外的鈣離子流入該細胞內,促使該細胞分泌神經遞質,神經遞質與相鄰的下一級神經細胞膜上的蛋白分子結合,促使這一級神經細胞產生新的電沖動。以此類推,神經信號便一級一級地傳遞下去,從而構成復雜的信號體系,終形成學習、記憶等大腦的高級功能。在哺乳動物神經系統中,鈣離子同樣扮演著重要的信號分子的角色。靜息狀態下大部分神經元細胞內鈣離子濃度約為50-100nM,而細胞興奮時鈣離子濃度能瞬間上升10-100倍,增加的鈣離子對于突觸囊泡胞吐釋放神經遞質的過程必不可少。眾所周知,只有游離鈣才具有生物學活性,而細胞質內鈣離子濃度由鈣離子的內外流平衡所決定,同時也受鈣結合蛋白的影響。細胞外鈣離子內流的方式有很多種,其中包括電壓門控鈣離子通道、離子型谷氨酰胺受體、煙堿型膽堿能受體(nAChR)和瞬時受體電位C型通道(TRPC)等。神經元鈣成像的原理就是利用特殊的熒光染料或鈣離子指示劑將神經元中鈣離子濃度的變化通過熒光強度表現出來,以反映神經元活性。該方法可以同時觀察多個功能或位置相關的腦細胞。 激光熒光雙光子顯微鏡成像原理

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