FHIRM-TPM 2.0擴(kuò)大了微型雙光子顯微鏡的適用性和實(shí)用性,使神經(jīng)科學(xué)家能夠更自由地探索更多新的行為范式,包括身體運(yùn)動(dòng)、長(zhǎng)時(shí)程的復(fù)雜過(guò)程,如學(xué)習(xí)和記憶,社會(huì)互動(dòng)和恐懼條件反射,甚至是慢性疾病的進(jìn)展和老化,如神經(jīng)發(fā)生和再生,疾病進(jìn)展和衰老,以破譯大腦的奧秘。在一批“早鳥(niǎo)項(xiàng)目”中,該系統(tǒng)已被多個(gè)研究組應(yīng)用于不同的模式動(dòng)物和行為范式,如小鼠的社交新穎性識(shí)別、斑胸草雀受***調(diào)控后大腦特定神經(jīng)元變化、新型神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿探針的傳導(dǎo)適應(yīng)性分析以及獼猴三腦區(qū)成像等多項(xiàng)研究。依托兩代微型化雙光子成像技術(shù),該團(tuán)隊(duì)還在南京市江北新區(qū)建立了規(guī)模化高通量腦功能成像的南京腦觀象臺(tái)(Nanjing Brian O...
雙光子顯微鏡為什么穿透能力強(qiáng)?生物組織在近紅外波段存在兩個(gè)窗口,第1個(gè)近紅外窗口對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)在700nm-900nm,第2個(gè)近紅外窗口對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)在1000nm-1400nm之間。舉例說(shuō)明就是單晶硅對(duì)于可見(jiàn)光幾乎是不透明的,但是對(duì)于紅外波段就像是“水晶”一樣通透性很好了。原因有兩點(diǎn):1.生物組織對(duì)紅外光的吸收弱,對(duì)可見(jiàn)光吸收強(qiáng)。類似的,平時(shí)用手電筒照射手指,會(huì)看到手通透紅亮,也是由于生物組織對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅光吸收少。2.生物組織對(duì)紅外光的散射弱。因?yàn)槿鹄⑸涞膹?qiáng)度反比于波長(zhǎng)λ的四次方。類似的,早晨的太陽(yáng)非常紅,也就是因?yàn)殚L(zhǎng)波長(zhǎng)的紅光穿透力更強(qiáng)。這兩點(diǎn)共同導(dǎo)致長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅外光比可見(jiàn)光對(duì)生物組織的穿透能力強(qiáng)。雙...
在深度組織中以較長(zhǎng)時(shí)間對(duì)活細(xì)胞成像,雙光子顯微鏡是當(dāng)前之選。雙光子和共聚焦顯微鏡都是通過(guò)激光激發(fā)樣品中的熒光標(biāo)記,使用探測(cè)器測(cè)量被激發(fā)的熒光。但是,共聚焦一般使用單模光纖耦合激光器,通過(guò)單光子激發(fā)熒光,而雙光子使用飛秒激光器,通過(guò)幾乎同時(shí)吸收兩個(gè)長(zhǎng)波光子激發(fā)熒光。下面是兩種技術(shù)的對(duì)比圖。雙光子激發(fā)熒光的主要優(yōu)勢(shì):雙光子比共聚焦使用的更長(zhǎng)的波長(zhǎng),所以對(duì)組織的損傷更小且穿透更深。共聚焦的成像深度一般為100微米,雙光子則能達(dá)到250到500微米,甚至超過(guò)1毫米。另外,同時(shí)吸收兩個(gè)光子意味只有較強(qiáng)度聚焦點(diǎn)處能被激發(fā),所以不會(huì)損傷焦平面之外的組織,并且生成更清晰的圖像。雙光子顯微鏡的應(yīng)用中,該如何選擇...
系統(tǒng)示意圖如圖1所示,紅外激光束從藍(lán)寶石激光器出射后,由一個(gè)光學(xué)參量振蕩器(OPO)轉(zhuǎn)化到可見(jiàn)光波段,產(chǎn)生的可見(jiàn)光脈沖寬度為200 fs, 重復(fù)頻率80 MHz,波長(zhǎng)在490-750nm范圍內(nèi)可調(diào)諧。光束通過(guò)透鏡及平面鏡中繼到包含微透鏡陣列盤(pán)和陣列盤(pán)的共聚焦掃描單元中,形成用于熒光激發(fā)的多焦點(diǎn)光束。多焦點(diǎn)光束通過(guò)一個(gè)硅油浸潤(rùn)的物鏡成像到樣品上,激發(fā)熒光信號(hào)。熒光信號(hào)由同一個(gè)物鏡收集并傳輸?shù)疥嚵袌A盤(pán),產(chǎn)生共焦效應(yīng),隔離來(lái)自焦平面外的雜散光。雙光子顯微鏡的應(yīng)用中,該如何選擇以及更好的使用PMT。國(guó)內(nèi)ultima雙光子顯微鏡分辨率第二代微型化雙光子熒光顯微鏡 FHIRM-TPM 2.0,其成像視野是...
2020年12月22日,臨研所、病理科和科研處邀請(qǐng)北京大學(xué)王愛(ài)民副教授做了題目為“新一代微型雙光子顯微成像系統(tǒng)介紹及其在臨床醫(yī)療診斷”的學(xué)術(shù)報(bào)告。學(xué)術(shù)報(bào)告由臨研所醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)潘琳老師主持。王愛(ài)民,北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院副教授,畢業(yè)于北京大學(xué)物理系,獲學(xué)士、碩士學(xué)位,后于英國(guó)巴斯大學(xué)物理系獲博士學(xué)位。該研究組研發(fā)的微型雙光子顯微鏡,第1次在國(guó)際上獲得了小鼠大腦神經(jīng)元和神經(jīng)突觸清晰穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)信號(hào),該成果獲得了2017年度“中國(guó)光學(xué)進(jìn)展”和“中國(guó)科學(xué)進(jìn)展”,并被NatureMethods評(píng)為2018年度“年度方法--無(wú)限制行為動(dòng)物成像”。目前,該研究組正在研究新一代雙光子顯微成像技術(shù)在臨床診斷...
從雙光子的原理和特點(diǎn)我們就可以明顯的得出雙光子的優(yōu)點(diǎn):☆光損傷?。河捎陔p光子顯微鏡使用的是可見(jiàn)光或近紅外光作為激發(fā)光源,這一波段的光對(duì)細(xì)胞和組織的光損傷小,適用于長(zhǎng)時(shí)間的研究;☆穿透能力強(qiáng):相對(duì)于紫外光,可見(jiàn)光和近紅外光都具有更強(qiáng)的穿透能力,因而受生物組織散射的影響更小,解決對(duì)生物組織中深層物質(zhì)的層析成像研究問(wèn)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(qū)域內(nèi)可以激發(fā)出熒光,雙光子吸收只局限于焦點(diǎn)處的體積約為波長(zhǎng)3次方的范圍內(nèi);☆漂白區(qū)域?。河捎诩ぐl(fā)只存在于交點(diǎn)處,所以焦點(diǎn)以外的區(qū)域都不會(huì)發(fā)生光漂白現(xiàn)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(xué)濾波器(共焦),這樣就...
高光子密度帶來(lái)的高能量容易損傷細(xì)胞,所以雙光子顯微鏡使用高能量鎖模脈沖激光器。這種激光器發(fā)出的激光具有很高的峰值能量和很低的平均能量,其脈沖達(dá)到最大值所持續(xù)的周期只有十萬(wàn)億分之一秒,而其頻率可以達(dá)到80至100兆赫,這樣即能達(dá)到雙光子激發(fā)的高光子密度要求,又能不損傷細(xì)胞,使掃描能更好地進(jìn)行。雙光子顯微鏡在各領(lǐng)域研究中已有許多成功實(shí)例生物領(lǐng)域:貝爾實(shí)驗(yàn)室的Svoboda等人研究了大腦皮層神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)鈣離子動(dòng)力學(xué)情形。利用雙光子顯微鏡觀察到的現(xiàn)象證明了鈣離子的增加依賴于肌體觸發(fā)的鈉離子作用電勢(shì)。信息領(lǐng)域:美國(guó)科學(xué)家Rentzepis提出了一種在現(xiàn)有二維光盤(pán)的基礎(chǔ)上將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存擴(kuò)展到三維空間。由于雙光...
WinfriedDenk較初使用的光源是染料飛秒激光器(100fs脈寬、630nm可見(jiàn)光波長(zhǎng))。雖然染料激光器對(duì)于實(shí)驗(yàn)室演示尚可,但是使用很不方便所以遠(yuǎn)未實(shí)現(xiàn)商用。很快雙光子顯微鏡的標(biāo)配光源就變成了飛秒鈦寶石激光器。除了固態(tài)光源優(yōu)勢(shì),鈦寶石激光器還具有較寬的近紅外波長(zhǎng)調(diào)諧范圍,而近紅外相比可見(jiàn)光穿透更深,對(duì)生物樣品損傷更小。下圖是Thorlabs的雙光子和三光子顯微鏡配置,鈦寶石飛秒可調(diào)諧激光器位于平臺(tái)較左邊。從雙光子到三光子科學(xué)家正在從雙光子轉(zhuǎn)向三光子顯微鏡。1996年,ChrisXu在康奈爾大學(xué)(Denk同導(dǎo)師實(shí)驗(yàn)室)讀博期間發(fā)明了三光子顯微鏡,如果雙光子吸收可行,那么三光子看起來(lái)也是自然...
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(shí)吸收 2 個(gè)長(zhǎng)波長(zhǎng)的光子,在經(jīng)過(guò)一個(gè)很短的所謂激發(fā)態(tài)壽命的時(shí)間后,發(fā)射出一個(gè)波長(zhǎng)較短的光子;其效果和使用一個(gè)波長(zhǎng)為長(zhǎng)波長(zhǎng)一半的光子去激發(fā)熒光分子是相同的。雙光子激發(fā)需要很高的光子密度,為了不損傷細(xì)胞,雙光子顯微鏡使用高能量鎖模脈沖激光器。這種激光器發(fā)出的激光具有很高的峰值能量和很低的平均能量,其脈沖寬度只有 100 飛秒,而其周期可以達(dá)到 80至100兆赫茲。在使用高數(shù)值孔徑的物鏡將脈沖激光的光子聚焦時(shí),物鏡的焦點(diǎn)處的光子密度是比較高的,雙光子激發(fā)只發(fā)生在物鏡的焦點(diǎn)上,所以雙光子顯微鏡不需要共聚焦,提高了熒光檢測(cè)效率。雙光子顯微鏡...
雙光子吸收理論早在1931年就由諾獎(jiǎng)得主提出,30年后因?yàn)橛辛思す獠诺玫綄?shí)驗(yàn)驗(yàn)證,但是到WinfriedDenk發(fā)明雙光子顯微鏡又用了將近30年。要理解雙光子的技術(shù)挑戰(zhàn)和飛秒激光發(fā)揮的重要作用,首先要了解其中的非線性過(guò)程。雙光子吸收相當(dāng)于和頻產(chǎn)生非線性過(guò)程,這要求極高的電場(chǎng)強(qiáng)度,而電場(chǎng)取決于聚焦光斑大小和激光脈寬。聚焦光斑越小,脈寬越窄,雙光子吸收效率越高。對(duì)于衍射極限顯微鏡,聚焦在樣品上的光斑大小只和物鏡NA和激光波長(zhǎng)有關(guān),所以關(guān)鍵變量只剩下激光脈寬?;谝陨戏治?,能夠以高重頻(100MHz)輸出超短脈沖(100fs量級(jí))的飛秒激光器成了雙光子顯微鏡的標(biāo)準(zhǔn)激發(fā)光源。這也再次說(shuō)明雙光子顯微鏡的...
Denk很快就將雙光子顯微鏡用于神經(jīng)元成像,而1997年在Svoboda測(cè)量完整老鼠大腦的錐體神經(jīng)元的感官刺激誘導(dǎo)樹(shù)突鈣離子動(dòng)態(tài)后,雙光子顯微鏡的潛能開(kāi)始完全凸顯。值得一提的是,霍華德·休斯醫(yī)學(xué)院Svoboda實(shí)驗(yàn)室和Thorlabs在2016年合作推出了一種強(qiáng)大的多光子介觀顯微鏡,其成像視場(chǎng)達(dá)到5毫米,能夠跨多個(gè)腦區(qū)進(jìn)行高速功能成像。根據(jù)清華大學(xué)單一采購(gòu)來(lái)源的專家指導(dǎo)意見(jiàn):這種顯微鏡的視場(chǎng)是普通雙光子顯微鏡的10倍。30年來(lái),雙光子顯微鏡已成為較厚生物組織三維成像中不可或缺的工具。從雙光子到三光子甚至四光子,這種非線性成像技術(shù)通常也被統(tǒng)稱為多光子顯微鏡。下圖統(tǒng)計(jì)了自1990年以來(lái)每年發(fā)表的多...
雙光子顯微鏡為什么穿透能力強(qiáng)?因?yàn)榻M織對(duì)可見(jiàn)光區(qū)域的較強(qiáng)吸收和散射帶來(lái)兩個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題第1個(gè)是激發(fā)光的減弱,第2個(gè)就是另外就是由于物鏡本身光的光學(xué)特性,單光子激發(fā)的背景較強(qiáng),所以才有共聚焦系統(tǒng)提高成像的分辨率因?yàn)榻M織對(duì)可見(jiàn)光區(qū)域的較強(qiáng)吸收和散射帶來(lái)兩個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題第1個(gè)是激發(fā)光的減弱,第2個(gè)就是另外就是由于物鏡本身光的光學(xué)特性,單光子激發(fā)的背景較強(qiáng),所以才有共聚焦系統(tǒng)提高成像的分辨率剛好雙光子在這兩點(diǎn)具有很大的優(yōu)勢(shì)上面的內(nèi)容基本在談到雙光子優(yōu)勢(shì)都會(huì)相對(duì)說(shuō)明,在實(shí)際操作中成像的深度和樣品的關(guān)系很大,雙光子成像利用高亮度的熒光標(biāo)記材料,已經(jīng)有做到mm級(jí)別的穿透深度雙光子顯微鏡是結(jié)合了雙光子技術(shù)和掃描共...
從雙光子的原理和特點(diǎn)我們就可以明顯的得出雙光子的優(yōu)點(diǎn):☆光損傷?。河捎陔p光子顯微鏡使用的是可見(jiàn)光或近紅外光作為激發(fā)光源,這一波段的光對(duì)***細(xì)胞和組織的光損傷小,適用于長(zhǎng)時(shí)間的研究;☆穿透能力強(qiáng):相對(duì)于紫外光,可見(jiàn)光和近紅外光都具有更強(qiáng)的穿透能力,因而受生物組織散射的影響更小,解決對(duì)生物組織中深層物質(zhì)的層析成像研究問(wèn)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(qū)域內(nèi)可以激發(fā)出熒光,雙光子吸收只局限于焦點(diǎn)處的體積約為波長(zhǎng)3次方的范圍內(nèi);☆漂白區(qū)域?。河捎诩ぐl(fā)只存在于交點(diǎn)處,所以焦點(diǎn)以外的區(qū)域都不會(huì)發(fā)生光漂白現(xiàn)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(xué)濾波器(共焦**...
由于具有較高輸出功率的光源可以提高成像速度,在我們的實(shí)驗(yàn)中,時(shí)間分辨率主要是受OPO輸出可見(jiàn)光激光功率的限制。盡管在單點(diǎn)掃描系統(tǒng)中,v2PE激發(fā)會(huì)使得空間分辨率提高,但多聚焦v2PE顯微鏡具有與1PE多聚焦顯微鏡近乎相同的橫向分辨率,這主要是多聚焦成像和單點(diǎn)掃描技術(shù)之間的差異造成的。由于v2PE的激發(fā)體積小于1PE,引入圖像掃描技術(shù)可以進(jìn)一步提高空間分辨率,這種技術(shù)需要通過(guò)在陣列前引入額外的微透鏡陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)。除此之外,由于可見(jiàn)光區(qū)域的共振效應(yīng),可能會(huì)產(chǎn)生光漂白,因而為了延長(zhǎng)觀察時(shí)間,系統(tǒng)還需要對(duì)激發(fā)強(qiáng)度和曝光時(shí)間做進(jìn)一步優(yōu)化。雙光子顯微鏡使用方法是什么?國(guó)外ultimainvestigator...
雙光子顯微鏡為什么穿透能力強(qiáng)?因?yàn)榻M織對(duì)可見(jiàn)光區(qū)域的較強(qiáng)吸收和散射帶來(lái)兩個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題第1個(gè)是激發(fā)光的減弱,第2個(gè)就是另外就是由于物鏡本身光的光學(xué)特性,單光子激發(fā)的背景較強(qiáng),所以才有共聚焦系統(tǒng)提高成像的分辨率因?yàn)榻M織對(duì)可見(jiàn)光區(qū)域的較強(qiáng)吸收和散射帶來(lái)兩個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題第1個(gè)是激發(fā)光的減弱,第2個(gè)就是另外就是由于物鏡本身光的光學(xué)特性,單光子激發(fā)的背景較強(qiáng),所以才有共聚焦系統(tǒng)提高成像的分辨率剛好雙光子在這兩點(diǎn)具有很大的優(yōu)勢(shì)上面的內(nèi)容基本在談到雙光子優(yōu)勢(shì)都會(huì)相對(duì)說(shuō)明,在實(shí)際操作中成像的深度和樣品的關(guān)系很大,雙光子成像利用高亮度的熒光標(biāo)記材料,已經(jīng)有做到mm級(jí)別的穿透深度雙光子顯微鏡可以精確穿透較厚標(biāo)本進(jìn)行定...
后續(xù)實(shí)驗(yàn)使用碘化丙啶(PI)來(lái)指示細(xì)胞在7、8、9和10分鐘的延時(shí)觀察后的損傷情況,來(lái)驗(yàn)證該光學(xué)系統(tǒng)對(duì)活細(xì)胞長(zhǎng)期觀察的適用性。在觀察期間,88個(gè)焦點(diǎn)以100毫秒的曝光時(shí)間,曝光間隔1s照射樣品,激發(fā)強(qiáng)度為3.21×104W/cm2,激發(fā)波長(zhǎng)為525nm,使用前文提到的60×物鏡及1.0AU孔徑,圖5(a)-(d)為引入PI的成像圖,(e)-(h)為相應(yīng)的相應(yīng)襯度圖。改變激發(fā)條件為每照射500ms間隔5s,得到相應(yīng)的(i)-(p)。由圖像可知,延時(shí)觀察小于8分鐘的情況下不造成可見(jiàn)細(xì)胞損傷,對(duì)于實(shí)際3D延時(shí)成像,由于焦平面是移動(dòng)的,所以預(yù)期細(xì)胞存活時(shí)間會(huì)更長(zhǎng),可見(jiàn)這是一種在3D在體延時(shí)成像中具有很...
雙光子顯微鏡是結(jié)合了雙光子激發(fā)技術(shù)和激光掃描共聚顯微鏡的一種新型熒光顯微鏡,其原理大致是這樣的:首先,讓我們來(lái)看看什么是熒光顯微鏡。熒光顯微鏡是以紫外線為光源,照射被檢物體上的熒光物質(zhì)或是熒光染料,使其發(fā)出熒光。相比普通光學(xué)顯微鏡,熒光顯微鏡運(yùn)用了波長(zhǎng)更短的紫外線,再將可見(jiàn)光過(guò)濾掉,提高了分辨力率。而當(dāng)被檢物體過(guò)厚時(shí),從不同深度發(fā)出的熒光都會(huì)打在物鏡上,使觀察到的像模糊、發(fā)虛,無(wú)法清楚的知道被檢物體的結(jié)構(gòu)。而激光掃描共聚顯微鏡就是在熒光顯微鏡的基礎(chǔ)上,增加了激光掃描裝置,從而解決了上述問(wèn)題。雙光子顯微鏡可以用于局部微蝕鐳射磨皮后的膠原重塑的檢測(cè)。國(guó)外bruker雙光子顯微鏡光子躍遷Denk很快...
王愛(ài)民副教授結(jié)合工作實(shí)例,展示了雙光子顯微鏡的研發(fā)與應(yīng)用。歷經(jīng)3年多的協(xié)同奮戰(zhàn),成功研制新一代高速分辨微型化雙光子熒光顯微鏡,重量只為2.2克,這一微型顯微鏡獲取了小鼠在自由行為過(guò)程中大腦神經(jīng)元和神經(jīng)突觸活動(dòng)清晰、穩(wěn)定的圖像,該顯微鏡適于佩戴在小動(dòng)物頭部,可實(shí)時(shí)記錄數(shù)十個(gè)神經(jīng)元、上千個(gè)神經(jīng)突觸的動(dòng)態(tài)信號(hào),在大型動(dòng)物上,還可望實(shí)現(xiàn)多探頭佩戴、多顱窗不同腦區(qū)的長(zhǎng)時(shí)程觀測(cè)。雙光子顯微成像的在生物醫(yī)學(xué)研究和醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用有較大的應(yīng)用前景,首先雙光子顯微鏡能夠進(jìn)行細(xì)胞和組織結(jié)構(gòu)成像,在亞微米級(jí)成像,此功能與目前市場(chǎng)上的共聚焦類顯微鏡性能類似;雙光子顯微成像能夠?qū)崟r(shí)、在體、原位、無(wú)創(chuàng)地,根據(jù)不同物質(zhì)組份的光...
Itrytoexplainwhytwo-photonmicroscopyhasadeeperimagingdepththanone-photonmicroscopy,intheareaofbiomedicalimaging.Manyofthebiomedicalimagingmodalities,nomatterone-photon(confocal)ormulti-photon(two-photon),uselasersaslightsourceandrequirecompatiblefluorescentdyes.Fluorescentdyeshavetheirownexcitationw
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(shí)吸收 2 個(gè)長(zhǎng)波長(zhǎng)的光子,在經(jīng)過(guò)一個(gè)很短的所謂激發(fā)態(tài)壽命的時(shí)間后,發(fā)射出一個(gè)波長(zhǎng)較短的光子;其效果和使用一個(gè)波長(zhǎng)為長(zhǎng)波長(zhǎng)一半的光子去激發(fā)熒光分子是相同的。雙光子激發(fā)需要很高的光子密度,為了不損傷細(xì)胞,雙光子顯微鏡使用高能量鎖模脈沖激光器。這種激光器發(fā)出的激光具有很高的峰值能量和很低的平均能量,其脈沖寬度只有 100 飛秒,而其周期可以達(dá)到 80至100兆赫茲。在使用高數(shù)值孔徑的物鏡將脈沖激光的光子聚焦時(shí),物鏡的焦點(diǎn)處的光子密度是比較高的,雙光子激發(fā)只發(fā)生在物鏡的焦點(diǎn)上,所以雙光子顯微鏡不需要共聚焦,提高了熒光檢測(cè)效率。雙光子顯微鏡...
利用鈣成像技術(shù)記錄大腦活動(dòng),隨著功能光學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展,神經(jīng)學(xué)家們已經(jīng)可以研究腦區(qū)和神經(jīng)元內(nèi)部的工作情況。功能鈣成像技術(shù)就是其中之一,其主要原理是將外源性熒光信號(hào)和生理現(xiàn)象耦合起來(lái)——通過(guò)熒光染料信號(hào)的改變反映細(xì)胞內(nèi)游離鈣離子濃度,以此細(xì)胞的功能狀態(tài)。目前它被廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)一群相關(guān)神經(jīng)元內(nèi)鈣離子的變化,從而判斷其功能活動(dòng)。該技術(shù)的出現(xiàn)使得科學(xué)家可以親眼目睹神經(jīng)信號(hào)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之中時(shí)間和空間上的傳遞穿梭。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(shí)吸收 2 個(gè)長(zhǎng)波長(zhǎng)的光子。美國(guó)激光雙光子顯微鏡分辨率雙光子吸收理論早在1931年就由諾獎(jiǎng)得主MariaGoeppertMayer...
利用鈣成像技術(shù)記錄大腦活動(dòng),隨著功能光學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展,神經(jīng)學(xué)家們已經(jīng)可以研究腦區(qū)和神經(jīng)元內(nèi)部的工作情況。功能鈣成像技術(shù)就是其中之一,其主要原理是將外源性熒光信號(hào)和生理現(xiàn)象耦合起來(lái)——通過(guò)熒光染料信號(hào)的改變反映細(xì)胞內(nèi)游離鈣離子濃度,以此細(xì)胞的功能狀態(tài)。目前它被廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)一群相關(guān)神經(jīng)元內(nèi)鈣離子的變化,從而判斷其功能活動(dòng)。該技術(shù)的出現(xiàn)使得科學(xué)家可以親眼目睹神經(jīng)信號(hào)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之中時(shí)間和空間上的傳遞穿梭。雙光子顯微鏡有這么多優(yōu)點(diǎn),那么雙光子顯微鏡有哪些應(yīng)用呢?美國(guó)激光熒光雙光子顯微鏡光損傷和很多偉大的科學(xué)發(fā)明一樣,雙光子顯微鏡的出現(xiàn)也有一點(diǎn)偶然,但正是那瞬間的靈感為生物科學(xué)尤其是神經(jīng)科學(xué)帶來(lái)了...
TOPTICAFemtoFiberultra920超快光纖激光器是一種易于操作且無(wú)需維護(hù)的激光系統(tǒng)。其輸出波長(zhǎng)為920nm,非常適合常規(guī)熒光基團(tuán)(如GFP,eGFP,Eosin,GCaMP,CFP,Calcein或者Venus)的雙光子激發(fā)。能給熒光基團(tuán)提供比較高的峰值功率,常用于神經(jīng)科學(xué)和其他與激光有關(guān)的生物光子學(xué)學(xué)科。而且其獨(dú)特設(shè)計(jì)(制造簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)高效的光源)對(duì)雙光子熒光顯微鏡發(fā)展的革新具有潛在的可能。在雙光子顯微鏡中,峰值功率就是亮度!如果您希望獲得比較好的圖像亮度,那么你就需要短脈沖,高功率,較重要的是需要干凈的時(shí)間脈沖形狀。FemtoFiberultra920具有足夠高的輸出功率,較...
雙光子吸收理論早在1931年就由諾獎(jiǎng)得主MariaGoeppertMayer提出,30年后因?yàn)橛辛思す獠诺玫綄?shí)驗(yàn)驗(yàn)證,但是到WinfriedDenk發(fā)明雙光子顯微鏡又用了將近30年。要理解雙光子的技術(shù)挑戰(zhàn)和飛秒激光發(fā)揮的重要作用,首先要了解其中的非線性過(guò)程。雙光子吸收相當(dāng)于和頻產(chǎn)生非線性過(guò)程,這要求極高的電場(chǎng)強(qiáng)度,而電場(chǎng)取決于聚焦光斑大小和激光脈寬。聚焦光斑越小,脈寬越窄,雙光子吸收效率越高。對(duì)于衍射極限顯微鏡,聚焦在樣品上的光斑大小只和物鏡NA和激光波長(zhǎng)有關(guān),所以關(guān)鍵變量只剩下激光脈寬。基于以上分析,能夠以高重頻(100MHz)輸出超短脈沖(100fs量級(jí))的飛秒激光器成了雙光子顯微鏡的標(biāo)準(zhǔn)...
像差問(wèn)題一直困擾著光學(xué)領(lǐng)域的工作者。像差會(huì)使光波前發(fā)生形變,不僅降低成像的信噪比和分辨率,使得很多時(shí)候我們只能“霧里看花”,更甚者,產(chǎn)生贗像,或無(wú)法獲得有意義的圖像。像差問(wèn)題對(duì)雙光子成像的影響尤為嚴(yán)重,因?yàn)樵谀抢?,熒光信?hào)對(duì)入射光強(qiáng)度的依賴是平方關(guān)系,一旦入射光波前形變,不僅聚焦強(qiáng)度大幅下降,成像分辨率也急劇惡化。因此,如何解決像差問(wèn)題,實(shí)現(xiàn),例如小鼠大腦皮層,深層區(qū)域的高質(zhì)量成像成為光學(xué)成像發(fā)展中相當(dāng)有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題之一。雙光子顯微鏡是新型的熒光顯微鏡,其原理大致是這樣的;國(guó)外雙光子顯微鏡圖像對(duì)比度雙光子顯微鏡是結(jié)合了雙光子激發(fā)技術(shù)和激光掃描共聚顯微鏡的一種新型熒光顯微鏡,其原理大致是這樣的:...
相比普通的顯微鏡電子顯微鏡可以觀察尺度更小的東西,冷凍電鏡更是可以觀察有活性的生物大分子,而雙光子顯微鏡有什么優(yōu)勢(shì)呢?它能做到什么普通光學(xué)顯微鏡做不到的事情嗎?原來(lái),雙光子顯微鏡可以精確穿透較厚標(biāo)本進(jìn)行定點(diǎn)、***觀察!由于電磁波的波長(zhǎng)越短,粒子性越強(qiáng),受散射影響也就越大。雙光子顯微鏡將激發(fā)光源改為長(zhǎng)波長(zhǎng)激光,在增加了激光的穿透性的同時(shí)還減少了對(duì)細(xì)胞的毒性。除此之外,因?yàn)橹挥形镧R焦點(diǎn)處能發(fā)生雙光子激發(fā)效應(yīng),所以掃描的精確度極高,也能提高激發(fā)光效率,減少被掃描點(diǎn)之外的熒光物質(zhì)消耗。雙光子顯微鏡使用高能量鎖模脈沖激光器。進(jìn)口激光熒光雙光子顯微鏡光子探測(cè)而配合了雙光子激發(fā)技術(shù),激光共聚掃描顯微鏡則能...
為了驗(yàn)證動(dòng)物生物樣品的時(shí)間分辨成像能力,本實(shí)驗(yàn)觀察了活海拉細(xì)胞高爾基體中的青色熒光蛋白mTFP1,見(jiàn)圖3(a),(c)-(i)。使用的物鏡及尺寸與熒光顆粒成像一致,對(duì)比可見(jiàn)v2PE在空間分辨率、激發(fā)深度級(jí)圖像對(duì)比度較常規(guī)寬場(chǎng)顯微鏡都有所提高。此外,v2PE可以同時(shí)激發(fā)多個(gè)波長(zhǎng)的熒光蛋白,這種技術(shù)還可以應(yīng)用于細(xì)胞內(nèi)分子的三維動(dòng)力學(xué)多色成像。在此基礎(chǔ)上,實(shí)驗(yàn)對(duì)海拉細(xì)胞中的高爾基體(mTFP1)和纖顫蛋白(EGFP)進(jìn)行了在體成像,見(jiàn)圖3(j)-(n),青色為mTFP1,綠色為EGFP,實(shí)驗(yàn)中兩種熒光蛋白同時(shí)成像,終采用光譜分離法將不同蛋白的熒光信號(hào)分離出來(lái)。雙光子顯微鏡的應(yīng)用中,該如何選擇以及更好...
在國(guó)家自然科學(xué)基金委國(guó)家重大科研儀器研制專項(xiàng)《超高時(shí)空分辨微型化雙光子在體顯微成像系統(tǒng)》的支持下,北京大學(xué)分子醫(yī)學(xué)研究所、信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院、動(dòng)態(tài)成像中心、生命科學(xué)學(xué)院、工學(xué)院聯(lián)合中國(guó)人民醫(yī)學(xué)科學(xué)院組成跨學(xué)科團(tuán)隊(duì),歷經(jīng)三年多的協(xié)同奮戰(zhàn),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(guò)程中大腦神經(jīng)元和神經(jīng)突觸活動(dòng)清晰、穩(wěn)定的圖像。原始論文于5月29日在線發(fā)表于自然雜志子刊Nature Methods (IF 25.3),相關(guān)技術(shù)文檔同步發(fā)表于Protocol Exchange (DOI: 10.1038/protex.2017.048),并已申請(qǐng)多項(xiàng)。雙光子顯微鏡比單光子共聚...
隨著技術(shù)的發(fā)展,雙光子顯微鏡的性能得到不斷地優(yōu)化,結(jié)合它的特點(diǎn),大致可以分成深和活兩個(gè)方面的提升。要想讓激發(fā)激光進(jìn)入更深的層面,大致可從兩個(gè)方面入手,裝置優(yōu)化與標(biāo)本改造。關(guān)于裝置優(yōu)化,我們可以把激光束變得更細(xì),使能量更加集中,就能讓激光穿透更深。關(guān)于標(biāo)本,其中影響光傳播的主要是物質(zhì)吸收和散射,解決這個(gè)問(wèn)題,我們需要對(duì)樣本進(jìn)行透明化處理。一種方法是運(yùn)用某種物質(zhì)將標(biāo)本浸泡,使其中的物質(zhì)(主要是脂質(zhì))被破壞或溶解。另一種方法是運(yùn)用電泳將脂質(zhì)電解,讓標(biāo)本“透明度”提高。雙光子顯微鏡品牌有哪些?2PPLUS雙光子顯微鏡最大分辨率雙光子顯微鏡是結(jié)合了雙光子激發(fā)技術(shù)和激光掃描共聚顯微鏡的一種新型熒光顯微鏡,...
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