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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。目前中国显微镜中如多光子显微镜、共聚焦扫描和电子显微镜等。高速高分辨率多光子显微镜
比较两表格中的相关参数可以看出,基于分子光学标记的成像技术已经在生物活检和基因表达规律方面展示了较大的优势。例如,正电子发射断层成像(PET)可实现对分子代谢的成像,空间分辨率∶1-2mm,时间分辨率;分钟量级。与PET比较,光学成像的应用场合更广(可测量更多的参数,请参见表1-1),且具有更高的时间分辨率(秒级),空间分辨率可达到微米。因此,二者相比,虽然光学成像在测量深度方面不及PET,但在测量参数种类与时空分辨率方面有一定优势。对于小动物(如小白鼠)研究来说,光学成像技术可以实现小动物整体成像和在体基因表达成像。例如,初步研究表明,荧光介导层析成像可达到近10cm的测量深度;基于多光子激发的显微成像技术可望实现小鼠体内基因表达的实时在体成像。清醒动物多光子显微镜峰值功率密度多光子显微镜的分辨率比传统的单光子共聚焦要低的多。
世界多光子激光扫描显微镜产业主要布局在德国和日本,德国是以徕卡显微系统和蔡司为,而日本以尼康和奥林巴斯公司为,2020年,上述企业占据着世界多光子激光扫描显微镜市场64.44%的市场份额,其发展战略左右着多光子激光扫描显微镜市场的走向。目前世界市场对多光子激光扫描显微镜的需求在增长,中国市场这方面的需求增长更快,未来五年多光子激光扫描显微镜市场的发展在中国将具有很大的发展潜力。国内显微镜制造市场目前断层严重。目前我国显微镜行业发展缺乏技术沉淀,20年以上经营积累的企业十分稀缺,深度精密制造、光学重要部件设计及工艺严重制约产业升级。目前中国显微镜中如多光子显微镜、共聚焦扫描和电子显微镜等主要集中在徕卡显微系统、蔡司、尼康、奥林巴斯等国外企业。国内具备生产显微镜能力的企业屈指可数,若国内显微镜企业能打破技术壁垒,切入显微镜市场,企业的生产经营将腾跃至一个更高的格局。
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。该技术:对于两个远程成像位置(相距1-2mm以上),通常采用两个**的路径进行成像;对于相邻区域,通常使用单个物镜的多个光束进行成像。多光束扫描技术必须特别注意激发光束之间的串扰,这可以通过事后光源分离或时空复用来解决。事后光源分离法是指分离光束以消除串扰的算法;时空复用法是指同时使用多个激发光束,每个光束的脉冲在时间上被延迟,使不同光束激发的单个荧光信号可以暂时分离。引入的光束越多,可以成像的神经元越多,但多束会导致荧光衰减时间重叠增加,从而限制了分辨信号源的能力;并且复用对电子设备的工作速度要求很高;大量的光束也需要较高的激光功率来维持单束的信噪比,这样容易导致组织损伤。多光子共聚焦扫描显微镜比双光子共聚焦扫描显微镜具有更高的空间分辨率。
Ca2+是重要的第二信使,对于调节细胞的生理反应具有重要的作用,开发和利用双光子荧光显微成像技术对Ca2+荧光信号进行观测,可以从某些方面对有机体或细胞的变化机制进行分析,具有重要的意义。利用双光子荧光显微成像技术可以观察细胞内用荧光探针标记的Ca2*的时间和空间的荧光图像的变化,还可以观察细胞某一层面或局部的(Ca2+)荧光图像和变化。通过对单细胞的研究发现,Ca2+不仅在细胞局部区域间的分布是不均匀的,而且细胞内各局部区域的不同深度或层次间也存在不同程度的Ca2+梯差即所谓的空间Ca2梯差。显微镜简史:从光到多光子显微镜。高速高分辨率多光子显微镜
全球多光子显微镜主要消费地区分析,包括消费量及份额等。高速高分辨率多光子显微镜
多光子显微镜成像深度深、对比度高,在生物成像中具有重要意义,但通常需要较高的功率。结合时间传播的超短脉冲可以实现超快的扫描速度和较深的成像深度,但近红外波段的光本身会导致分辨率较低。基于多光子上转换材料和时间编码结构光显微镜的高速超分辨成像系统(MUTE-SIM)是由清华大学教授和北京大学彭研究员合作开发的。可实现50MHz的超高扫描速度,突破衍射极限,实现超分辨率成像。与普通荧光显微镜相比,该显微镜经过改进,只需要较低的激发功率。这种超快、低功耗、多光子超分辨率技术在高分辨率生物深层组织成像中具有长远的应用前景。高速高分辨率多光子显微镜
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