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進口熒光激光雙光子顯微鏡授權公司

來源: 發(fā)布時間:2022-10-18

雙光子吸收理論早在1931年就由諾獎得主MariaGoeppertMayer提出,30年后因為有了激光才得到實驗驗證,但是到WinfriedDenk發(fā)明雙光子顯微鏡又用了將近30年。要理解雙光子的技術挑戰(zhàn)和飛秒激光發(fā)揮的重要作用,首先要了解其中的非線性過程。雙光子吸收相當于和頻產(chǎn)生非線性過程,這要求極高的電場強度,而電場取決于聚焦光斑大小和激光脈寬。聚焦光斑越小,脈寬越窄,雙光子吸收效率越高。對于衍射極限顯微鏡,聚焦在樣品上的光斑大小只和物鏡NA和激光波長有關,所以關鍵變量只剩下激光脈寬?;谝陨戏治觯軌蛞愿咧仡l(100MHz)輸出超短脈沖(100fs量級)的飛秒激光器成了雙光子顯微鏡的標準激發(fā)光源。這也再次說明雙光子顯微鏡的優(yōu)勢:只有焦平面處才能形成雙光子吸收,而焦平面之外由于光強低無法被激發(fā),所以雙光子成像更清晰。WinfriedDenk初使用的光源是染料飛秒激光器(100fs脈寬、630nm可見光波長)。雖然染料激光器對于實驗室演示尚可,但是使用很不方便所以遠未實現(xiàn)商用。很快雙光子顯微鏡的標配光源就變成了飛秒鈦寶石激光器。除了固態(tài)光源優(yōu)勢,鈦寶石激光器還具有較寬的近紅外波長調諧范圍,而近紅外相比可見光穿透更深,對生物樣品損傷更小。雙光子顯微鏡觀察到的現(xiàn)象證明了鈣離子的增加依賴于肌體觸發(fā)的鈉離子作用電勢。進口熒光激光雙光子顯微鏡授權公司

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在國家自然科學基金委國家重大科研儀器研制專項《超高時空分辨微型化雙光子在體顯微成像系統(tǒng)》的支持下,北京大學分子醫(yī)學研究所、信息科學技術學院、動態(tài)成像中心、生命科學學院、工學院聯(lián)合中國人民醫(yī)學科學院組成跨學科團隊,歷經(jīng)三年多的協(xié)同奮戰(zhàn),成功研制新一代高速分辨微型化雙光子熒光顯微鏡,并獲取了小鼠在自由行為過程中大腦神經(jīng)元和神經(jīng)突觸活動清晰、穩(wěn)定的圖像。原始論文于5月29日在線發(fā)表于自然雜志子刊Nature Methods (IF 25.3),相關技術文檔同步發(fā)表于Protocol Exchange (DOI: 10.1038/protex.2017.048),并已申請多項。激光熒光雙光子顯微鏡應用雙光子顯微鏡角膜成像。

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微型化雙光子熒光顯微成像改變了在自由活動動物中觀察細胞和亞細胞結構的方式,可用于在動物覓食、哺乳、跳臺、打斗、嬉戲、睡眠等自然行為條件下,或者在學習前、學習中和學習后,長時程觀察神經(jīng)突觸、神經(jīng)元、神經(jīng)網(wǎng)絡、遠程連接的腦區(qū)等多尺度、多層次動態(tài)變化。該成果在2016年底美國神經(jīng)科學年會、2017年5月冷泉港亞洲腦科學專題會議上報告后,得到包括多位諾貝爾獎獲得者在內的國內外神經(jīng)科學家的高度贊譽。冷泉港亞洲腦科學專題會議、美國明顯神經(jīng)科學家加州大學洛杉磯分校的Alcino J Silva教授在評述中寫道,“從任何一個標準來看,這款顯微鏡都了一項重大技術發(fā)明,必將改變我們在自由活動動物中觀察細胞和亞細胞結構的方式。它所開啟的大門,甚至超越了神經(jīng)元和樹突成像。系統(tǒng)神經(jīng)生物學正在進入一個新的時代,即通過對細胞群體中可辨識的細胞和亞細胞結構的復雜生物學事件進行成像觀測,從而更加深刻地理解進化所造就的大腦環(huán)路實現(xiàn)復雜行為的重要工程學原理。毫無疑問,這項非凡的發(fā)明讓我們向著這一目標邁進了一步?!?/p>

FHIRM-TPM 2.0擴大了微型雙光子顯微鏡的適用性和實用性,使神經(jīng)科學家能夠更自由地探索更多新的行為范式,包括身體運動、長時程的復雜過程,如學習和記憶,社會互動和恐懼條件反射,甚至是慢性疾病的進展和老化,如神經(jīng)發(fā)生和再生,疾病進展和衰老,以破譯大腦的奧秘。在一批“早鳥項目”中,該系統(tǒng)已被多個研究組應用于不同的模式動物和行為范式,如小鼠的社交新穎性識別、斑胸草雀受***調控后大腦特定神經(jīng)元變化、新型神經(jīng)遞質乙酰膽堿探針的傳導適應性分析以及獼猴三腦區(qū)成像等多項研究。依托兩代微型化雙光子成像技術,該團隊還在南京市江北新區(qū)建立了規(guī)?;咄磕X功能成像的南京腦觀象臺(Nanjing Brian Observatory),于2020年12月10日舉辦了落成典禮。通過與世界范圍內的神經(jīng)科學家進行廣合作,腦觀象臺現(xiàn)正在服務三十多個科研項目,成為開展大型腦科學問題研究的重要科研服務平臺。雙光子顯微鏡明日之星--FemtoFiber ultra 920 。

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2020年12月22日,臨研所、病理科和科研處邀請北京大學王愛民副教授做了題目為“新一代微型雙光子顯微成像系統(tǒng)介紹及其在臨床醫(yī)療診斷”的學術報告。學術報告由臨研所醫(yī)學實驗研究平臺潘琳老師主持。王愛民,北京大學信息科學技術學院副教授,畢業(yè)于北京大學物理系,獲學士、碩士學位,后于英國巴斯大學物理系獲博士學位。該研究組研發(fā)的微型雙光子顯微鏡,第1次在國際上獲得了小鼠大腦神經(jīng)元和神經(jīng)突觸清晰穩(wěn)定的動態(tài)信號,該成果獲得了2017年度“中國光學進展”和“中國科學進展”,并被NatureMethods評為2018年度“年度方法--無限制行為動物成像”。目前,該研究組正在研究新一代雙光子顯微成像技術在臨床診斷中的應用,為未來即時病理、離體組織檢測、術中診斷等提供新的影像手段和分析方法。雙光子顯微鏡在組織透明化成像中應用;國外investigator雙光子顯微鏡最大分辨率

如果已經(jīng)有了飛秒光,就可以幾套雙光子顯微鏡共享一臺,只需分光即可。進口熒光激光雙光子顯微鏡授權公司

從雙光子的原理和特點我們就可以明顯的得出雙光子的優(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;☆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(共焦),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;進口熒光激光雙光子顯微鏡授權公司

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