臨研所、病理科和科研處邀請北京大學(xué)王愛民副教授在2020年12月22日做了題目為“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(xué)術(shù)報(bào)告。學(xué)術(shù)報(bào)告由臨研所醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)潘琳老師主持。王愛民，北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院副教授，畢業(yè)于北京大學(xué)物理系，獲學(xué)士...

雙光子熒光顯微鏡是結(jié)合了激光掃描共聚焦顯微鏡和雙光子激發(fā)技術(shù)的一種新技術(shù)。雙光子激發(fā)的基本原理是：在高光子密度的情況下，熒光分子可以同時(shí)吸收2個(gè)長波長的光子，在經(jīng)過一個(gè)很短的所謂激發(fā)態(tài)壽命的時(shí)間后，發(fā)射出一個(gè)波長較短的光子；其效果和使用一個(gè)波長為長波長一半的光...

由于具有較高輸出功率的光源可以提高成像速度，在我們的實(shí)驗(yàn)中，時(shí)間分辨率主要是受OPO輸出可見光激光功率的限制。盡管在單點(diǎn)掃描系統(tǒng)中，v2PE激發(fā)會(huì)使得空間分辨率提高，但多聚焦v2PE顯微鏡具有與1PE多聚焦顯微鏡近乎相同的橫向分辨率，這主要是多聚焦成像和單點(diǎn)掃...

細(xì)胞在受到外界刺激時(shí)，隨著刺激時(shí)間的增長，即使刺激繼續(xù)存在，Ca2+熒光信號(hào)不但不會(huì)繼續(xù)增強(qiáng)，反而會(huì)減弱，直至恢復(fù)到未加刺激物時(shí)的水平。對于細(xì)胞受精過程中Ca2+熒光信號(hào)的變化情況，研究發(fā)現(xiàn)，配了在粘著過程中，Ca2+熒光信號(hào)未發(fā)生任何變化，而配子之間發(fā)生融合...

WinfriedDenk使用的第1個(gè)光源是染料飛秒激光(脈沖寬度100fs，可見光波長630nm)。染料激光雖然實(shí)驗(yàn)室演示可以接受，但是使用起來不方便，所以離商業(yè)化還很遠(yuǎn)。很快雙光子顯微鏡的標(biāo)準(zhǔn)光源變成了飛秒鈦寶石激光器。鈦寶石激光器除了具有固態(tài)光源的優(yōu)點(diǎn)外，...

細(xì)胞是動(dòng)物和人體的基本單元，細(xì)胞與細(xì)胞內(nèi)的通信是依靠其膜上的離子通道進(jìn)行的，離子和離子通道是細(xì)胞興奮的基礎(chǔ)，亦即產(chǎn)生生物電信號(hào)的基礎(chǔ)，生物電信號(hào)通常用電學(xué)或電子學(xué)方法進(jìn)行測量。由此形成了一門細(xì)胞學(xué)科--電生理學(xué)。膜片鉗技術(shù)已成為研究離子通道的黃金標(biāo)準(zhǔn)。電壓門控...

電壓鉗技術(shù)是由科爾發(fā)明的，并在20世紀(jì)初由霍奇金和赫胥黎完善。其設(shè)計(jì)的主要目的是證明動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制，即動(dòng)作電位的峰值電位是由于膜對鈉的通透性瞬間增加。但當(dāng)時(shí)還沒有直接測量膜通透性的方法，所以用膜電導(dǎo)來測量離子通透性。膜電導(dǎo)測量的基礎(chǔ)是電學(xué)中的歐姆定律，如膜...

膜片鉗技術(shù)（patch clamp techniques）是采用鉗制電壓或電流的方法對生物膜上離子通道的電活動(dòng)進(jìn)行記錄的微電極技術(shù)。1989年，Blanton將腦片電生理記錄與細(xì)胞的膜片鉗記錄結(jié)合起來，建立了腦片膜片鉗記錄技術(shù)（patch clamp on i...

作為一個(gè)多學(xué)科、知識(shí)密集型和資金密集型的高科技產(chǎn)業(yè)，多光子顯微鏡涉及醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、電子學(xué)、工程學(xué)等多個(gè)學(xué)科。其生產(chǎn)工藝相對復(fù)雜，進(jìn)入門檻較高。它是衡量一個(gè)國家制造業(yè)和高科技發(fā)展水平的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。在過去的五年里，多光子顯微鏡的市場是集中的。由于投...

電壓鉗的缺點(diǎn):目前電壓鉗技術(shù)主要用于研究巨火細(xì)胞的全細(xì)胞電流，特別是在分子克隆卵母細(xì)胞表達(dá)電流的鑒定中，發(fā)揮著不可替代的作用。然而，它也有其致命的弱點(diǎn):1。微電極需要刺穿細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)丟失，破壞細(xì)胞生理功能的完整性；2、不能確定單通道電流。由于電壓...

其實(shí)電子顯微鏡相比于光學(xué)顯微鏡的重要優(yōu)勢或者存在的比較大意義，準(zhǔn)確的來說，不在于放大倍數(shù)，而在于超高的分辨率。這兩者是不同的。通俗的來說，就是進(jìn)行觀察的時(shí)候，除了要將物體放大，還需要能將它與相鄰的其他物體分辨開來。如果兩個(gè)相鄰微粒的圖像在光學(xué)顯微鏡...

膜片鉗放大器的工作模式；(1)電壓鉗制模式:在鉗制細(xì)胞膜電位的基礎(chǔ)上改變膜電位，記錄離子通道電流的變化，如通道電流；EPSC；IPSC等電流信號(hào)它是膜片鉗的基本工作模式。(2)屯留鉗向細(xì)胞注入刺激電流，記錄膜電位對刺激電流的響應(yīng)。記錄的是動(dòng)作電位，EPSP；I...

雙光子之源：飛秒激光雙光子吸收理論早在1931年就由諾獎(jiǎng)得主MariaGoeppertMayer提出，30年后因?yàn)橛辛思す獠诺玫綄?shí)驗(yàn)驗(yàn)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(shù)挑戰(zhàn)和飛秒激光發(fā)揮的重要作用，首先要了解...

鈣成像技術(shù)被廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測神經(jīng)元、心肌以及多種細(xì)胞胞內(nèi)鈣離子的變化，從而檢測神經(jīng)元、心肌的活動(dòng)情況。這些技術(shù)是人們觀測神經(jīng)以及多種細(xì)胞活動(dòng)為直接的手段，現(xiàn)已發(fā)展為生命科學(xué)研究的熱點(diǎn)，也是國家自然科學(xué)基金等鼓勵(lì)申報(bào)的重要領(lǐng)域。光遺傳學(xué)調(diào)控技術(shù)是近幾年正在迅速...

膜片鉗技術(shù)的建立。拋光并填充玻璃管微電極，并將其固定在電極支架中。2.通過與電極支架連接的導(dǎo)管向微電極施加壓力，直到電極浸入記錄槽溶液中。3.當(dāng)電極浸入溶液中時(shí)，給電極一個(gè)測量脈沖(命令電壓，如5-10ms，10mV)讀取電流，根據(jù)歐姆定律計(jì)算電阻。4.通過膜...

配合雙光子激發(fā)技術(shù)，激光共聚掃描顯微鏡則能更好得發(fā)揮功效。那么，什么是雙光子激發(fā)技術(shù)呢？在高光子密度的情況下，熒光分子可以同時(shí)吸收2個(gè)長波長的光子使電子躍遷到較高能級(jí)，經(jīng)過一個(gè)很短的時(shí)間后，電子再躍遷回低能級(jí)同時(shí)放出一個(gè)波長為長波長一半的光子（P=h/λ）。利...

膜片鉗技術(shù)的建立1.拋光及填充好玻璃管微電極，并將它固定在電極夾持器中。2.通過一個(gè)與電極夾持器連接的導(dǎo)管給微電極內(nèi)一個(gè)壓力，一直到電極浸入記錄槽溶液中。3.當(dāng)電極浸沒在溶液中時(shí)給電極一個(gè)測定脈沖（命令電壓，如5-10ms，10mV）讀出電流，按照歐姆定律計(jì)算...

實(shí)驗(yàn)溶液浸溶細(xì)胞溶液和微電極玻璃管內(nèi)的填充液成分對全細(xì)胞膜片鉗記錄也是很重要的內(nèi)容，這關(guān)系到封接的容易程度、細(xì)胞存活狀態(tài)及膜電位的狀態(tài)等。在實(shí)驗(yàn)記錄過程中，尤其是神經(jīng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，需要迅速更換細(xì)胞浸溶液濃度以免受體敏感性降低（desensitization）或需...

1976年德國馬普生物物理化學(xué)研究所Neher和Sakmann在青蛙肌細(xì)胞上用雙電極鉗制膜電位的同時(shí)，記錄到ACh的單通道離子電流，從而產(chǎn)生了膜片鉗技術(shù)。1980年Sigworth等在記錄電極內(nèi)施加5-50cmH2O的負(fù)壓吸引，得到10-100GΩ的高阻封接（...

這一設(shè)計(jì)模式似乎幾十年都沒有改變過，作為一個(gè)有著近20年膜片鉗經(jīng)驗(yàn)的科研工作者，記得自己進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室次看到的放大器就差不多是這樣，也不覺得還會(huì)有什么變化。直到筆者在19年訪問歐洲的一個(gè)同樣做電生理的實(shí)驗(yàn)室的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)了這樣一款獨(dú)特的放大器，讓筆者眼前一亮，這款放...

配合雙光子激發(fā)技術(shù)，激光共聚掃描顯微鏡則能更好得發(fā)揮功效。那么，什么是雙光子激發(fā)技術(shù)呢？在高光子密度的情況下，熒光分子可以同時(shí)吸收2個(gè)長波長的光子使電子躍遷到較高能級(jí)，經(jīng)過一個(gè)很短的時(shí)間后，電子再躍遷回低能級(jí)同時(shí)放出一個(gè)波長為長波長一半的光子（P=h/λ）。利...

對單細(xì)胞形態(tài)與功能關(guān)系的研究，將膜片鉗技術(shù)與單細(xì)胞逆轉(zhuǎn)錄多聚酶鏈?zhǔn)欠磻?yīng)技術(shù)結(jié)合，在全細(xì)胞膜片鉗記錄下，將單細(xì)胞內(nèi)容物或整個(gè)細(xì)胞（包括細(xì)胞膜）吸入電極中，將細(xì)胞內(nèi)存在的各種mRNA全部快速逆轉(zhuǎn)錄成cDNA，再經(jīng)常規(guī)PCR擴(kuò)增及待檢的特異mRNA的檢測，借此可對形...

為了驗(yàn)證動(dòng)物生物樣品的時(shí)間分辨成像能力，本實(shí)驗(yàn)觀察了活海拉細(xì)胞高爾基體中的青色熒光蛋白mTFP1，見圖3(a),(c)-(i)。使用的物鏡及尺寸與熒光顆粒成像一致，對比可見v2PE在空間分辨率、激發(fā)深度級(jí)圖像對比度較常規(guī)寬場顯微鏡都有所提高。此外，v2PE可以...

與傳統(tǒng)的單光子寬視野熒光顯微鏡相比，多光子顯微鏡（MPM）具有光學(xué)切片和深層成像等功能，這兩個(gè)優(yōu)勢極大地促進(jìn)了研究者們對于完整大腦深處神經(jīng)的了解與認(rèn)識(shí)。2019年，JeromeLecoq等人從大腦深處的神經(jīng)元成像、大量神經(jīng)元成像、高速神經(jīng)元成像這三個(gè)方面論述了...

高阻封接問題的解決不僅改善了電流記錄性能，還隨之出現(xiàn)了研究通道電流的多種膜片鉗方式。根據(jù)不同的研究目的，可制成不同的膜片構(gòu)型。(1)細(xì)胞吸附膜片(cell-attachedpatch)將兩次拉制后經(jīng)加熱拋光的微管電極置于清潔的細(xì)胞膜表面上，形成高阻封接，在細(xì)胞...

膜片鉗的應(yīng)用范圍：1.單離子通道(如鈉、鉀)的功能研究；2.心肌細(xì)胞離子通道研究（尤其與藥物作用相關(guān)的）；3.常規(guī)與病理的離子通道作用機(jī)制研究；4.單細(xì)胞的形態(tài)與功能關(guān)系的研究；5.心血管藥理學(xué)的研究；6.腦片膜片鉗（證實(shí)了腦組織在體外也能存活并保持很好的活性...

隨著技術(shù)的發(fā)展，雙光子顯微鏡的性能不斷優(yōu)化。結(jié)合其特點(diǎn)，大致可以分為兩個(gè)方面:深入和主動(dòng)改進(jìn)。為了使激發(fā)激光進(jìn)入更深的層次，可以從器件優(yōu)化和標(biāo)本改造兩個(gè)方面入手。關(guān)于器件的優(yōu)化，我們可以把激光束做得更細(xì)，集中能量，讓激光穿透得更深。對于樣品，物質(zhì)的吸收和散射是...

雙光子吸收理論早在1931年就由諾獎(jiǎng)得主MariaGoeppertMayer提出，30年后因?yàn)橛辛思す獠诺玫綄?shí)驗(yàn)驗(yàn)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(shù)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...

資料分析：一般電學(xué)性質(zhì)∶通過I/V關(guān)系計(jì)算得到單通道電導(dǎo)，觀察通道有無整流。通過離子選擇性、翻轉(zhuǎn)電位或其它通道的條件初步確定通道類型。通道動(dòng)力學(xué)分析∶開放時(shí)間、開放概率、關(guān)閉時(shí)間、通道的時(shí)間依賴性失活、開放與關(guān)閉類型（簇狀猝發(fā)，Burst）樣開放與閃動(dòng)樣短暫關(guān)...

從產(chǎn)品類型及技術(shù)方面來看，正置顯微鏡占據(jù)絕大多數(shù)市場。2020年，全球多光子激光掃描正置顯微鏡市場達(dá)到87.30百萬美元，預(yù)計(jì)到2027年該部分市場將達(dá)到154.02百萬美元，年復(fù)合增長率（2021-2027）為8.48%。中國多光子激光掃描正置顯微鏡市場達(dá)到...