在體多光子顯微鏡數(shù)據(jù)采集

隨著生物分子光學標記技術的不斷進步，光學技術在揭示生命活動基本規(guī)律的研究中正發(fā)揮越來越重要的作用，也為醫(yī)學診療提供了更多、更有效的手段。生物醫(yī)學光學是近年來受到國際光學界和生物醫(yī)學界關注的研究熱點，在生物活檢、光動力、細胞結構與功能檢測、基因表達規(guī)律的在體研究等問題上取得了一系列研究成果，目前正在從宏觀到微觀上對大腦活動與功能進行多層面的研究。細胞重大生命活動（包括細胞增殖、分化、凋亡及信號轉導）的發(fā)生和調(diào)節(jié)是通過生物大分子間（如蛋白質-蛋白質、蛋白質-核酸等）相互作用來實現(xiàn)的。蛋白質作為基因調(diào)控的產(chǎn)物，與細胞和機體生理過程代謝直接相關，深入研究基因表達及蛋白質-蛋白質相互作用不僅能揭示生命活動的基本規(guī)律，同時也能深入了解疾病發(fā)生的分子機理，進而為尋找更有效的藥物分子、提高藥物篩選和藥物設計的效率提供新的方法和思路。多光子顯微鏡的發(fā)展歷史充滿了貢獻、開發(fā)、進步和數(shù)個世紀以來多個來源和地點的改進。在體多光子顯微鏡數(shù)據(jù)采集

某種物質能產(chǎn)生熒光，首要條件是分子必須具有吸收的結構，即生色團（分子中具有吸收特征頻率的光能的基團）。其次，該物質必須具有一定的量子產(chǎn)率和適宣的環(huán)境。我們把分子中發(fā)射熒光的基團稱為熒光團。熒光團一定是生色團，但生色團不一定是熒光團。因為，如果生色團的量子產(chǎn)率等于零，就不能發(fā)射出熒光，處于激發(fā)態(tài)的分子，可以由許多方式（如熱，碰撞）把能量釋放出來，發(fā)射熒光只是其中的一種方式。此外，一種物質吸收光的能力及量子產(chǎn)率又與物質所處的環(huán)境密切相關。美國布魯克多光子顯微鏡供應商多光子顯微鏡的成熟的深部組織成像技術中。還有其他類型的圖像對比提供有關樣本的有價值信息。

現(xiàn)代分子生物學技術的迅速發(fā)展和科技的進步，特別是隨著后基因組時代的到來，人們已經(jīng)能夠根據(jù)需要建立各種細胞模型，為在體研究基因表達規(guī)律、分子間的相互作用、細胞的增殖、細胞信號轉導、誘導分化、細胞凋亡以及新的血管生成等提供了良好的生物學條件。然而，盡管人們利用現(xiàn)有的分子生物學方法，已經(jīng)對基因表達和蛋白質之間的相互作用進行了深入、細致的研究，但仍然不能實現(xiàn)對蛋白質和基因活動的實時、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、修飾和相萬作用往往發(fā)生可逆的、動態(tài)的變化。目前的分子生物學方法還不能捕獲到蛋白質和基因的這些變化，但獲取這些信息對與研究基因的表達和蛋白質之間的相互作用又至關重要。因此，發(fā)展能用于、動態(tài)、實時、連續(xù)監(jiān)測蛋白質和基因活動的方法是非常必要的。

多光子顯微優(yōu)點：☆光損傷?。河捎陔p光子顯微鏡使用的是可見光或近紅外光作為激發(fā)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(qū)域內(nèi)可以激發(fā)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(nèi)；☆漂白區(qū)域?。河捎诩ぐl(fā)只存在于交點處，所以焦點以外的區(qū)域都不會發(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濾波器，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(chǎn)生的背景噪聲只有單光子激發(fā)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(fā)性，所以可以對生物組織中一些特殊物質進行成像研究；☆避免組織自發(fā)熒光的干擾，獲得較強的樣品熒光：生物組織中的自發(fā)熒光物質的激發(fā)波長一般在350~560nm范圍內(nèi)，采用近紅外或紅外波段的激光作為光源，能**降低生物組織對激發(fā)光吸收。未來國產(chǎn)多光子激光掃描顯微鏡替代空間大。

在多光子顯微鏡（也稱為非線性或雙光子顯微鏡）中，以兩倍正常激發(fā)波長照射樣品。更長的波長是有利的，因為它們可以更深地穿透樣品進行3D成像，并且因為它們不會損壞樣品，從而延長樣品壽命。為了實現(xiàn)多光子激發(fā)，照明光束在空間上聚焦（使用光學器件），同時使用高能短脈沖激發(fā)光束以提高兩個（或更多）光子同時到達同一位置（即熒光團分子）的概率。多光子顯微技術的例子包括二次諧波產(chǎn)生(SHG)、三次諧波產(chǎn)生(THG)、相干反斯托克斯拉曼光譜(CARS)和受激發(fā)射耗盡(STED)顯微技術。由于這些技術中的每一種都使用脈沖激光器，因此選擇能夠比較大限度地減少脈沖色散的光學組件很重要，并且激光反射二向色鏡應具有低GDD特性。點掃描多光子顯微鏡可以深入樣本并捕捉高質量的圖像，但這個過程極其緩慢，因為圖像是一次形成一個點。美國多光子顯微鏡代理商

多光子顯微鏡在基礎科學和臨床診斷領域的應用范圍正在持續(xù)增長。在體多光子顯微鏡數(shù)據(jù)采集

快速光柵掃描有多種實現(xiàn)方式，使用振鏡進行快速2D掃描，將振鏡和可調(diào)電動透鏡結合在一起進行快速3D掃描，但可調(diào)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(xiàn)可使用空間光調(diào)制器（SLM）代替。遠程聚焦也是一種實現(xiàn)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(diào)控M的位置實現(xiàn)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(jīng)元成像，可以通過調(diào)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(tǒng)需要依賴于遠程聚焦、SLM和可調(diào)電動透鏡。在體多光子顯微鏡數(shù)據(jù)采集