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美國bruker多光子顯微鏡原理

來源: 發布時間:2024-12-16

2020年,TonmoyChakraborty等人提出了加速2PM軸向掃描速度的方法[2]。在光學顯微鏡中,物鏡或樣品緩慢的軸向掃描速度限制了體成像的速度。近年來,通過使用遠程聚焦技術或電調諧透鏡(ETL)已經實現了快速軸向掃描。但遠程對焦時對反射鏡的機械驅動會限制軸向掃描速度,ETL會引入球差和高階像差,無法進行高分辨率成像。為了克服這些限制,該小組引入了一種新的光學設計,可以將橫向掃描轉換為無球面像差的軸向掃描,以實現高分辨率成像。有兩種方法可以實現這種設計。***個可以執行離散的軸向掃描,另一個可以執行連續的軸向掃描。如圖3a所示,特定裝置由兩個垂直臂組成,每個臂具有4F望遠鏡和物鏡。遠程聚焦臂由振鏡掃描鏡(GSM)和空氣物鏡(OBJ1)組成,另一個臂(稱為照明臂)由浸沒物鏡(OBJ2)組成。兩個臂對齊,使得GSM與兩個物鏡的后焦平面共軛。準直后的激光束經偏振分束器反射進入遠程聚焦臂,由GSM進行掃描,使OBJ1產生的激光焦點可以進行水平掃描。帶寬足以覆蓋鈦藍寶石激光器的可調諧范圍和用于多光子顯微鏡的許多其它激光器的典型中心頻率。美國bruker多光子顯微鏡原理

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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)為9.72%。美國激光掃描多光子顯微鏡系統多光子激光掃描顯微鏡是建立在激光掃描顯微鏡技術基礎上的實驗方法,三維觀察上提供更的光學切片能力。

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多光子激光掃描顯微鏡行業發展,世界多光子激光掃描顯微鏡產業主要布局在德國和日本,德國是以徠卡顯微系統和蔡司為,而日本以尼康和奧林巴斯公司為,2020年,上述企業占據著世界多光子激光掃描顯微鏡市場64.44%的市場份額,其發展戰略左右著多光子激光掃描顯微鏡市場的走向。目前世界市場對多光子激光掃描顯微鏡的需求在增長,中國市場這方面的需求增長更快,未來五年多光子激光掃描顯微鏡市場的發展在中國將具有很大的發展潛力。

2020年,JianglaiWu等人提出提高2PM橫向掃描速率的裝置,稱為FACED(free-spaceangular-chirp-enhanceddelay)。圓柱透鏡將激光束一維聚焦,會聚角為Δθ。光束進入到一對幾乎平行的高反射鏡中,其間距為S,偏角為α。經過反射鏡多次反射后,激光脈沖被分成多個傳播方向不同的子脈沖(N=Δθ/α),脈沖間以2S/c的時間延遲(c,光速)回射。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。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。多光子顯微鏡是衡量一個國家制造業和高科技發展水平的重要標準之一。

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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。因為焦點處的光強較大,只能在焦點處激發熒光。波長越長,穿透力越強,因此雙光子顯微鏡的成像深度大于共焦顯微鏡。由于兩個光子只在焦點激發熒光,不需要小孔,而是將所有的熒光都收集起來,提高了檢測效率。三光子顯微鏡的原理類似于雙光子顯微鏡,利用三個激發光子可以實現更深的成像深度。由于使用了更長的激發波長,穿透能力更強,成像深度更大。此外,由于較強的非線性效應,熒光信號的強度與光強的立方成正比,因此比雙光子具有更低的非聚焦激發和背景噪聲。全球多光子顯微鏡主要生產地區分析,包括產量、產值份額等。熒光多光子顯微鏡單分子成像定位

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bruker多光子顯微鏡原理

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。但是該技術對樣本的運動很敏感,易出現運動偽影。目前,快速光柵掃描即在FOV中進行逐行掃描,由于利用算法可以輕松解決運動偽影而被普遍的使用。美國bruker多光子顯微鏡原理

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