美國靈長類多光子顯微鏡Ultima Investigator

多光子激光掃描顯微鏡行業(yè)發(fā)展，世界多光子激光掃描顯微鏡產業(yè)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(yè)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(fā)展戰(zhàn)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(fā)展在中國將具有很大的發(fā)展?jié)摿?。多光子顯微鏡的發(fā)展現狀及未來發(fā)展趨勢。美國靈長類多光子顯微鏡Ultima Investigator

因斯蔻浦(上海)生物科技有限公司雙光子顯微鏡的基本原理是：在高光子密度的情況下，熒光分子可以同時吸收2個長波長的光子，在經過一個很短的所謂激發(fā)態(tài)壽命的時間后，發(fā)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(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，而其周期可以達到80至100兆赫茲。在使用高數值孔徑的物鏡將脈沖激光的光子聚焦時，物鏡的焦點處的光子密度是比較高的，雙光子激發(fā)只發(fā)生在物鏡的焦點上，所以雙光子顯微鏡不需要共聚焦***，提高了熒光檢測效率。bruker多光子顯微鏡層析成像多光子顯微鏡在臨床前評價IA形態(tài)、細胞外基質、細胞密度和血管形成等方面顯示出強大的作用。

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(fā)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。

隨著現代分子生物學技術的快速發(fā)展和科學技術的進步，特別是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，這為在體內研究基因表達、分子間相互作用、細胞增殖、細胞信號轉導、誘導分化、細胞凋亡和新生血管生成提供了良好的生物學條件。然而，盡管利用現有的分子生物學方法對基因表達與蛋白質的相互作用進行了深入細致的研究，但仍然無法實現對蛋白質和基因活性的實時動態(tài)監(jiān)測。在細胞的生理過程中，基因尤其是蛋白質的表達、修飾和相互作用往往是可逆的、動態(tài)變化的。目前，分子生物學方法無法捕捉到蛋白質和基因的這些變化，但獲得這些信息對于研究基因表達與蛋白質的相互作用非常重要。因此，有必要發(fā)展一種動態(tài)、實時、連續(xù)監(jiān)測蛋白質和基因活性的方法。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。

與傳統的單光子寬視野熒光顯微鏡相比，多光子顯微鏡具有光學切片和深層成像等功能，這兩個優(yōu)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(fā)和發(fā)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(fā)。增加MPM成像深度比較好的方法是用更長的波長作為激發(fā)光。全球多光子顯微鏡主要消費地區(qū)分析，包括消費量及份額等。飛秒激光多光子顯微鏡成像深度

多光子顯微鏡的分辨率比傳統的單光子共聚焦要低的多。美國靈長類多光子顯微鏡Ultima Investigator

快速光柵掃描有多種實現方式，使用振鏡進行快速2D掃描，將振鏡和可調電動透鏡結合在一起進行快速3D掃描，但可調電動透鏡由于機械慣性的限制在軸向無法快速進行焦點切換，影響成像速度，現可使用空間光調制器（SLM）代替。遠程聚焦也是一種實現3D成像的手段，如圖2所示。在LSU模塊中，掃描振鏡進行橫向掃描，ASU模塊包括物鏡L1和反射鏡M，通過調控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，還可以進行快速的軸向掃描。想要獲得更多神經元成像，可以通過調整顯微鏡的物鏡設計來擴大FOV，但是具有大NA和大FOV的物鏡通常重量較大，無法快速移動以進行快速軸向掃描，因此大型FOV系統需要依賴于遠程聚焦、SLM和可調電動透鏡。美國靈長類多光子顯微鏡Ultima Investigator