双光子显微镜基本参数
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双光子显微镜企业商机

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。高光子密度带来的高能量容易损伤细胞,所以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,其脉冲达到最大值所持续的周期只有十万亿分之一秒,而其频率可以达到80至100兆赫,这样即能达到双光子激发的高光子密度要求,又能不损伤细胞,使扫描能更好地进行。如果已经有了飞秒光,就可以几套双光子显微镜共享一台,只需分光即可。bruker双光子显微镜成像原理

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而配合了双光子激发技术,激光共聚扫描显微镜则能更好得发挥功效。那么,什么是双光子激发技术呢?在高光子密度的情况下,荧光分子可以同时吸收2个长波长的光子使电子跃迁到较高能级,经过一个很短的时间后,电子再跃迁回低能级同时放出一个波长为长波长一半的光子(P=h/λ)。利用这个原理,便诞生了双光子激发技术。双光子显微镜使用长波长脉冲激光,通过物镜汇聚,由于双光子激发需要很高的光子密度,而物镜焦点处的光子密度是比较高的,所以只有在焦点处才能发生双光子激发,产生荧光,该点产生的荧光再穿过物镜,被光探头接收,从而达到逐点扫描的效果。国内investigator双光子显微镜成像技术双光子显微镜的基本原理是:在高光子密度的情况下,荧光分子可以同时吸收 2 个长波长的光子。

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双光子显微镜是一种先进的成像技术,可以在保持细胞活性的情况下,对深层组织进行高分辨率成像。它主要用于生物学、医学和材料科学等领域的研究。双光子显微镜的重心技术是基于双光子激发的荧光成像。当激光通过样品时,它会吸收特定波长的光子,然后发出荧光。双光子显微镜使用两个连续的光子同时激发样品,这样可以在保持样品完整性的同时,获得高质量的图像。双光子显微镜具有以下优点:1.高分辨率:由于双光子激发的特性,它可以获得比传统显微镜更高的分辨率。2.深层成像:由于激光的穿透深度限制,传统的光学显微镜无法对深层组织进行成像。而双光子显微镜可以解决这个问题,因为它可以激发样品的深层荧光。3.活细胞成像:双光子显微镜可以在保持细胞活性的情况下进行成像,这对于研究细胞生理学和生物化学过程非常有用。4.多模式成像:双光子显微镜可以结合多种技术,如光谱成像、钙离子成像和神经活动成像等,以提供更丰富的生物样品信息。总之,双光子显微镜是一种强大的研究工具,可以对深层组织和活细胞进行无损成像。这使得它在生物学、医学和材料科学等领域的研究中具有广泛的应用。

首先,双光子成像采用波长范围约在700~1000nm的近红外光激发,在组织中的散射系数较小,穿透性很好,因此非常适合厚样本的观察。同时,由于是近红外光激发,也能避免样品中激发波长较短的自发荧光物质的干扰,可获得较强的荧光信号(如下图)。所以双光子成像具有较深的穿透力和较小的光毒性。通常在活物脑组织中双光子显微镜有效成像深度可达200~500μm,能够较好地进行三维成像。双光子成像的另一大优势在于精确的空间点聚焦性。一般条件下,物质只会被单光子激发,只有在光子密度足够高的情况下,物质才会吸收两个光子从而被激发,所以,双光子只会在光子密度蕞高的物镜焦点附近发生,很少产生焦平面外的杂散光(如下图)。这种性质既提高了成像质量,也降低了样本的光漂白、光损伤区域。基于这些优势,使得双光子显微镜非常适合对活细胞、活组织进行长时间在体成像。双光子显微镜在组织透明化成像中应用;

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双光子的来源:飞秒激光的双光子吸收理论早在1931年就由诺贝尔奖获得者MariaGoeppertMayer提出,并在30年后因为激光而得到实验验证,但WinfriedDenk用了近30年才发明了双光子显微镜。要理解双光子的技术挑战和飞秒激光发挥的重要作用,首先要理解非线性过程。双光子吸收相当于和频产生的非线性过程,需要极高的电场强度,电场取决于聚焦光斑的大小和激光脉冲宽度。聚焦光斑越小,脉冲宽度越窄,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与物镜NA和激光波长有关,所以关键变量只有激光脉冲宽度。基于以上分析,能够输出高重复率(100MHz)的超短脉冲(100fs量级)的飞秒激光已经成为双光子显微镜的标准激发光源。这再次显示了双光子显微镜的优势:双光子吸收只能在焦平面形成,而在焦平面之外,由于光强较低,无法激发,所以双光子成像更清晰。双光子显微镜能够进行光裂解、光转染和光损伤等光学操纵。国外investigator双光子显微镜授权商

双光子显微镜是新型的荧光显微镜,其原理大致是这样的;bruker双光子显微镜成像原理

从双光子的原理和特点,我们可以清楚地得出双光子的优点:☆光损伤小:由于双光子显微镜采用可见光或近红外光作为激发光源,因此该波段的光对细胞和组织的光损伤很小,适合长期研究;☆穿透能力强:与紫外光相比,可见光和近红外光的穿透能力更强,因此受生物组织散射的影响更小,解决了生物组织深层物质的层析成像问题;☆高分辨率:由于双光子吸收的截面很小,只能在焦平面很小的区域激发荧光,双光子吸收被限制在焦点处体积约为波长三次方的范围内;☆漂白区域小:由于激发只存在于交点处,焦点外的区域不会发生光漂白;☆荧光收集率高:与共焦成像相比,双光子成像不需要滤光片(共焦),提高了荧光收集率,直接导致图像对比度的提高;☆图像对比度高:由于荧光波长小于入射波长,瑞利散射产生的背景噪声*为单光子激发产生的1/16,减少了散射的干扰;光子跃迁具有很强的选择性激发,因此可以用来对生物组织中的一些特殊物质进行成像;bruker双光子显微镜成像原理

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