飛秒激光多光子顯微鏡層析成像

單光子激發(fā)熒光的過程，就是熒光分子吸收一個光子，從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，躍遷以后，能量較大的激發(fā)態(tài)分子，通過內轉換把部分能量轉移給周圍的分子，自己回到比較低電子激發(fā)態(tài)的比較低振動能級。處于比較低電子激發(fā)態(tài)的比較低振動能級的分子的平均壽命大約在10s左右。這時它不是通過內轉換的方式來消耗能量，回到基態(tài)，而是通過發(fā)射出相應的光量子來釋放能量，回到基態(tài)的各個不同的振動能級時，就發(fā)射熒光。因為在發(fā)射熒光以前已經有一部分能量被消耗，所以發(fā)射的熒光的能量要比吸收的能量小，也就是熒光的特征波長要比吸收的特征波長來的長。多光子顯微鏡在臨床前評價IA形態(tài)、細胞外基質、細胞密度和血管形成等方面顯示出強大的作用。飛秒激光多光子顯微鏡層析成像

從產品類型及技術方面來看，正置顯微鏡占據絕大多數市場。2020年，全球多光子激光掃描正置顯微鏡市場達到87.30百萬美元，預計到2027年該部分市場將達到154.02百萬美元，年復合增長率（2021-2027）為8.48%。中國多光子激光掃描正置顯微鏡市場達到13.32百萬美元，預計到2027年該部分市場將達到25.21百萬美元，年復合增長率（2021-2027）為9.58%。從產品市場應用情況來看，研究機構為主要應用領域，2020年約占全球市場46.28%。2020年，全球多光子激光掃描顯微鏡研究機構應用消費量為174臺，預計2027年達到349臺，2021-2027年復合增長率（CAGR）為9.72%。美國共聚焦多光子顯微鏡數據分析利用多光子顯微鏡的光遺傳學操作能力，我們可以對某類神經元的ji活和失活進行高精度的操作。

   與傳統的單光子寬場熒光顯微鏡相比，多光子顯微鏡(MPM)具有光學切片和深度成像的功能，極大地促進了研究人員對整個大腦深部神經的認識。2019年，JeromeLecoq等從腦深部神經元成像、大數量神經元成像、高速神經元成像三個方面討論了相關的MPM技術。為了將神經元活動與復雜行為聯系起來，通常需要對大腦皮層深處的神經元進行成像，這就要求MPM具備深度成像的能力。激發(fā)光和發(fā)射光會被生物組織高度散射和吸收，這是限制MPM成像深度的主要因素。雖然增加激光強度可以解決散射問題，但會帶來其他問題，如燒焦樣品、散焦和近表面熒光激發(fā)。增加MPM成像深度的比較好方法是使用更長的波長作為激發(fā)光。另外，對于雙光子（2P）成像而言，離焦和近表面熒光激發(fā)是兩個比較大的深度限制因素，而對于三光子（3P）成像這兩個問題大大減小，但是三光子成像由于熒光團的吸收截面比2P要小得多，所以需要更高數量級的脈沖能量才能獲得與2P激發(fā)的相同強度的熒光信號。

    對于雙光子（2P）成像而言，離焦和近表面熒光激發(fā)是兩個比較大的深度限制因素，而對于三光子（3P）成像這兩個問題大大減小，但是三光子成像由于熒光團的吸收截面比2P要小得多，所以需要更高數量級的脈沖能量才能獲得與2P激發(fā)的相同強度的熒光信號。功能性3P顯微鏡比結構性3P顯微鏡的要求更高，它需要更快速的掃描，以便及時采樣神經元活動；需要更高的脈沖能量，以便在每個像素停留時間內收集足夠的信號。復雜的行為通常涉及到大型的大腦神經網絡，該網絡既具有局部的連接又具有遠程的連接。要想將神經元活動與行為聯系起來，需要同時監(jiān)控非常龐大且分布普遍的神經元的活動，大腦中的神經網絡會在幾十毫秒內處理傳入的刺激，要想了解這種快速的神經元動力學，就需要MPM具備對神經元進行快速成像的能力?？焖費PM方法可分為單束掃描技術和多束掃描技術。 多光子顯微鏡被認為是、完整生物組織成像的手段之一，其成像尺度從分子級別到整個有機體。

多光子顯微鏡成像深度深、對比度高，在生物成像中具有重要意義，但通常需要較高的功率。結合時間傳播的超短脈沖可以實現超快的掃描速度和較深的成像深度，但近紅外波段的光本身會導致分辨率較低?；诙喙庾由限D換材料和時間編碼結構光顯微鏡的高速超分辨成像系統(MUTE-SIM)是由清華大學教授和北京大學彭研究員合作開發(fā)的?？蓪崿F50MHz的超高掃描速度，突破衍射極限，實現超分辨率成像。與普通熒光顯微鏡相比，該顯微鏡經過改進，只需要較低的激發(fā)功率。這種超快、低功耗、多光子超分辨率技術在高分辨率生物深層組織成像中具有長遠的應用前景。多光子顯微鏡技術是對完整組織進行深層熒光成像的優(yōu)先技術。飛秒激光多光子顯微鏡層析成像

從雙光子到三光子甚至四光子，這種非線性成像技術通常也被統稱為多光子顯微鏡。飛秒激光多光子顯微鏡層析成像

    Ca2+是重要的第二信使，對于調節(jié)細胞的生理反應具有重要的作用，開發(fā)和利用雙光子熒光顯微成像技術對Ca2+熒光信號進行觀測，可以從某些方面對有機體或細胞的變化機制進行分析，具有重要的意義。利用雙光子熒光顯微成像技術可以觀察細胞內用熒光探針標記的Ca2*的時間和空間的熒光圖像的變化，還可以觀察細胞某一層面或局部的（Ca2+）熒光圖像和變化。通過對單細胞的研究發(fā)現，Ca2+不僅在細胞局部區(qū)域間的分布是不均勻的，而且細胞內各局部區(qū)域的不同深度或層次間也存在不同程度的Ca2+梯差即所謂的空間Ca2梯差。飛秒激光多光子顯微鏡層析成像

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