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荧光激光双光子显微镜图像对比度

来源: 发布时间:2024年10月15日

随着技术的发展,双光子显微镜的性能得到不断地优化,结合它的特点,大致可以分成深和活两方面的提升。要想让激发激光进入更深的层面,大致可从两个方面入手,装置优化与标本改造。关于装置优化,我们可以把激光束变得更细,使能量更加集中,就能让激光穿透更深。关于标本,其中影响光传播的主要是物质吸收和散射,解决这个问题,我们需要对样本进行透明化处理。一种方法是运用某种物质将标本浸泡,使其中的物质(主要是脂质)被破坏或溶解。另一种方法是运用电泳将脂质电解,让标本“透明度”提高。双光子显微镜除了可以进行厚的组织样品拍摄以外呢,可以在小鼠的的任何部位进行成像。荧光激光双光子显微镜图像对比度

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临研所、病理科和科研处邀请北京大学王爱民副教授在2020年12月22日做了题目为“新一代微型双光子显微成像系统介绍及其在临床医疗诊断”的学术报告。学术报告由临研所医学实验研究平台潘琳老师主持。王爱民,北京大学信息科学技术学院副教授,毕业于北京大学物理系,获学士、硕士学位,后于英国巴斯大学物理系获博士学位。该研究组研发的微型双光子显微镜,第1次在国际上获得了小鼠大脑神经元和神经突触清晰稳定的动态信号,该成果获得了2017年度“中国光学进展”和“中国科学进展”,并被NatureMethods评为2018年度“年度方法--无限制行为动物成像”。目前,该研究组正在研究新一代双光子显微成像技术在临床诊断中的应用,为未来即时病理、离体组织检测、术中诊断等提供新型的影像手段和分析方法。荧光激光双光子显微镜图像对比度双光子显微镜使用方法是什么?

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为了验证动物生物样品的时间分辨成像能力,本实验观察了活海拉细胞高尔基体中的青色荧光蛋白mTFP1,见图3(a),(c)-(i)。使用的物镜及尺寸与荧光颗粒成像一致,对比可见v2PE在空间分辨率、激发深度级图像对比度较常规宽场显微镜都有所提高。此外,v2PE可以同时激发多个波长的荧光蛋白,这种技术还可以应用于细胞内分子的三维动力学多色成像。在此基础上,实验对海拉细胞中的高尔基体(mTFP1)和纤颤蛋白(EGFP)进行了在体成像,见图3(j)-(n),青色为mTFP1,绿色为EGFP,实验中两种荧光蛋白同时成像,终采用光谱分离法将不同蛋白的荧光信号分离出来。

通过对显微光学系统的重新设计,将FHIRM-TPM2.0的成像视场扩展至420×420平方微米,显微物镜的工作距离扩展至1mm,实现无创成像。嵌入可拆卸的快速轴向扫描模块,实现深度180微米的三维体成像和多平面快速切换的实时成像。该模块由一个快速电动变焦镜头和一对中继镜头组成,在不同深度成像时保持放大率恒定。其中,变焦模块重1.8克,科研人员可以根据实验要求自由拆卸。此外,新型微型成像探头可以瞬间插拔,极大简化了实验操作,避免了长时间实验对动物的干扰。反复装卸探针追踪同批神经元时,视场旋转角度小于0.07弧度,边界偏差小于35微米。双光子显微镜工作原理是利用两个光子的能量相加达到荧光激发能量阈值,来激发样品中荧光分子发出荧光信号。

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双光子吸收理论早在1931年就由诺奖得主MariaGoeppertMayer提出,30年后因为有了激光才得到实验验证,但是到WinfriedDenk发明双光子显微镜又用了将近30年。要理解双光子的技术挑战和飞秒激光发挥的重要作用,首先要了解其中的非线性过程。双光子吸收相当于和频产生非线性过程,这要求极高的电场强度,而电场取决于聚焦光斑大小和激光脉宽。聚焦光斑越小,脉宽越窄,双光子吸收效率越高。对于衍射极限显微镜,聚焦在样品上的光斑大小只和物镜NA和激光波长有关,所以关键变量只剩下激光脉宽。基于以上分析,能够以高重频(100MHz)输出超短脉冲(100fs量级)的飞秒激光器成了双光子显微镜的标准激发光源。这也再次说明双光子显微镜的优势:只有焦平面处才能形成双光子吸收,而焦平面之外由于光强低无法被激发,所以双光子成像更清晰。WinfriedDenk初使用的光源是染料飞秒激光器(100fs脉宽、630nm可见光波长)。虽然染料激光器对于实验室演示尚可,但是使用很不方便所以远未实现商用。很快双光子显微镜的标配光源就变成了飞秒钛宝石激光器。除了固态光源优势,钛宝石激光器还具有较宽的近红外波长调谐范围,而近红外相比可见光穿透更深,对生物样品损伤更小。双光子显微镜有哪些应用呢?美国激光荧光双光子显微镜成像视野是多少

双光子显微镜大量运营在实验室当中;荧光激光双光子显微镜图像对比度

在高光子密度的情况下,荧光分子可以同时吸收两个长波长的光子,然后发射出一个波长较短的光子,其效果和使用一个波长为长波长一半的光子去激发荧光分子是相同的(如下图)。如烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH),在单光子激发时,在波长为350nm光的激发下发出450nm荧光;而在双光子激发时,可采用750nm的激发光得到450nm荧光。由于双光子激发需要很高的光子密度,为了不损伤细胞,双光子显微镜使用高能量锁模脉冲激光器。这种激光器发出的激光具有很高的峰值能量和很低的平均能量,从而可以减少光漂白和光毒性带来的不利影响。荧光激光双光子显微镜图像对比度