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清醒动物多光子显微镜研究

来源:因斯蔻浦(上海)生物科技有限公司 发布时间:2024年06月22日

现代分子生物学技术的迅速发展和科技的进步,特别是随着后基因组时代的到来,人们已经能够根据需要建立各种细胞模型,为在体研究基因表达规律、分子间的相互作用、细胞的增殖、细胞信号转导、诱导分化、细胞凋亡以及新的血管生成等提供了良好的生物学条件。然而,尽管人们利用现有的分子生物学方法,已经对基因表达和蛋白质之间的相互作用进行了深入、细致的研究,但仍然不能实现对蛋白质和基因活动的实时、动态监测。在细胞的生理过程中,基因、尤其是蛋白质的表达、修饰和相万作用往往发生可逆的、动态的变化。目前的分子生物学方法还不能捕获到蛋白质和基因的这些变化,但获取这些信息对与研究基因的表达和蛋白质之间的相互作用又至关重要。因此,发展能用于、动态、实时、连续监测蛋白质和基因活动的方法是非常必要的。证实了多光子显微镜对皮肤和别的皮肤病的诊断的可行性。清醒动物多光子显微镜研究

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多束扫描技术可以同时对神经元组织的不同位置进行成像对两个远距离(相距大于1-2mm)的成像部位,通常使用两条单独的路径进行成像;对于相邻区域,通常使用单个物镜的多光束进行成像。多光束扫描技术必须特别注意激发光束之间的串扰问题,这个问题可以通过事后光源分离方法或时空复用方法来解决。事后光源分离方法指的是用算法来分离光束消除串扰;时空复用方法指的是同时使用多个激发光束,每个光束的脉冲在时间上延迟,这样就可以暂时分离被不同光束激发的单个荧光信号。引入越多路光束就可以对越多的神经元进行成像,但是多路光束会导致荧光衰减时间的重叠增加,从而限制了区分信号源的能力;并且多路复用对电子设备的工作速率有很高的要求;大量的光束也需要更高的激光功率来维持近似单光束的信噪比,这会容易导致组织损伤。Ultima 2P Plus多光子显微镜成像精度突破光学成像技术的限制,多光子显微镜为科研工作提供新思路。

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以往我们认识的光电效应是单光子光电效应,即一个电子在极短时间内能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识,用强激光照射金属,由于其光子密度极大,一个电子在短时间吸收多个光子成为可能,从而形成多光子电效应,这已被实验证实。为什么一般讨论的光电效应都是指单光子光电效应呢?这是因为,在使用普通光源的情况下,电子吸收两个以上光子能量的概率是非常非常小的,几乎为零。事实上,爱因斯坦本人就考虑过在强光下发生光电效应的可能性问题。对此,他有如下的论述:光电效应中的一个电子吸收两个光子的几率不会大于下雨天两个雨滴同事打在一个蚂蚁上的几率。因此,多光子光电效应在实验上的研究成为可能,是二十世纪六十年代激光乃至强激光出现以后的事情。有了激光,对于双光子光电效应,在实验上和理论上均取得了许多成果。利用强激光,人们不仅观察到双光子和三光子的光电效应,甚至观察到金靶材吸收几十个等效光子实验现象。

快速光栅扫描有多种实现方式,使用振镜进行快速2D扫描,将振镜和可调电动透镜结合在一起进行快速3D扫描,但可调电动透镜由于机械惯性的限制在轴向无法快速进行焦点切换,影响成像速度,现可使用空间光调制器(SLM)代替。远程聚焦也是一种实现3D成像的手段。在LSU模块中,扫描振镜进行横向扫描,ASU模块包括物镜L1和反射镜M,通过调控M的位置实现轴向扫描。该技术不仅可以校正主物镜L2引入的光学像差,还可以进行快速的轴向扫描。想要获得更多神经元成像,可以通过调整显微镜的物镜设计来扩大FOV,但是具有大NA和大FOV的物镜通常重量较大,无法快速移动以进行快速轴向扫描,因此大型FOV系统依赖于远程聚焦、SLM和可调电动透镜。多光子显微镜,为疾病诊断和药物研发提供强大支持。

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当细胞受到外界刺激时,随着刺激时间的增加,即使继续刺激,Ca2+荧光信号也不会继续增强,反而会减弱,直至恢复到无刺激时的水平。对于细胞受精过程中Ca2+荧光信号的变化,发现粘附过程中Ca2+荧光信号没有变化,但当配子融合时,Ca2+荧光信号强度出现一个不稳定的峰值,持续数分钟。这些现象对于研究受精发育的早期信号以及Ca2+在卵子和受精卵发育中的作用具有重要意义。在其他生理过程中,如细胞分裂和胞吐,Ca2+荧光信号的强度也会发生很大的变化。OCT可以用于损伤修复监测。Yeh等用OCT、多光子显微镜。美国布鲁克多光子显微镜应用

光子显微成像技术不是什么新技术,早在20多年前就有了,目前已经在生命科学和材料科学中广泛应用。清醒动物多光子显微镜研究

随着现代分子生物学技术的快速发展和科学技术的进步,特别是后基因组时代的到来,人们已经能够根据需要建立各种细胞模型,这为在体内研究基因表达、分子间相互作用、细胞增殖、细胞信号转导、诱导分化、细胞凋亡和新生血管生成提供了良好的生物学条件。然而,尽管利用现有的分子生物学方法对基因表达与蛋白质的相互作用进行了深入细致的研究,但仍然无法实现对蛋白质和基因活性的实时动态监测。在细胞的生理过程中,基因尤其是蛋白质的表达、修饰和相互作用往往是可逆的、动态变化的。目前,分子生物学方法无法捕捉到蛋白质和基因的这些变化,但获得这些信息对于研究基因表达与蛋白质的相互作用非常重要。因此,有必要发展一种动态、实时、连续监测蛋白质和基因活性的方法。清醒动物多光子显微镜研究

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