Ultima 2P Plus多光子顯微鏡系統(tǒng)

首代小型化雙光子顯微鏡在國際上獲得小鼠自由行為過程中大腦神經元和突觸的動態(tài)圖像后，我們成功研制了第二代小型化雙光子顯微鏡。它具有更大的成像視野和三維成像能力，可以清晰穩(wěn)定地對自由活動小鼠三維腦區(qū)的數千個神經元進行成像，實現對同一批神經元的一個月追蹤記錄。通過對微光學系統(tǒng)的重新設計系統(tǒng)的。微物鏡工作距離延長至1mm，實現無創(chuàng)成像。內嵌可拆卸的快速軸向掃描模塊，可采集深度180微米的3D體成像和多平面快速切換的實時成像。該掃描模塊由一個快速的電動變焦透鏡和一對中繼透鏡組成，在不同深度成像時可保持放大倍率恒定。其變焦模塊重量，研究人員可根據實驗需求自由拆卸。此外，新版微型化成像探頭可整體即時拔插，極大地簡化了實驗操作，避免了長周期實驗時對動物的干擾。在重復裝卸探頭同一批神經元時，視場旋轉角小于，邊界偏差小于35微米。多光子顯微鏡的發(fā)展現狀及未來發(fā)展趨勢。Ultima 2P Plus多光子顯微鏡系統(tǒng)

多束掃描技術可以同時對神經元組織的不同位置進行成像。該技術:對于兩個遠程成像位置(相距1-2mm以上)，通常采用兩個**的路徑進行成像；對于相鄰區(qū)域，通常使用單個物鏡的多個光束進行成像。多光束掃描技術必須特別注意激發(fā)光束之間的串擾，這可以通過事后光源分離或時空復用來解決。事后光源分離法是指分離光束以消除串擾的算法；時空復用法是指同時使用多個激發(fā)光束，每個光束的脈沖在時間上被延遲，使不同光束激發(fā)的單個熒光信號可以暫時分離。引入的光束越多，可以成像的神經元越多，但多束會導致熒光衰減時間重疊增加，從而限制了分辨信號源的能力；并且復用對電子設備的工作速度要求很高；大量的光束也需要較高的激光功率來維持單束的信噪比，這樣容易導致組織損傷。美國清醒動物多光子顯微鏡三維分辨率滔博生物多光子顯微鏡廣應用于生命科學、生物醫(yī)學和材料科學領域!

Ca2+是重要的第二信使，對于調節(jié)細胞的生理反應具有極其重要的作用，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。

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。利用多光子顯微鏡，進行無損、高分辨率的生物組織層析成像。

有許多方法可以實現快速光柵掃描，例如使用振鏡進行快速2D掃描，以及將振鏡與可調電動透鏡相結合進行快速3D掃描。而可調電動式鏡頭由于機械慣性的限制，無法在軸向快速切換焦點，影響成像速度?，F在它可以被空間光調制器(SLM)取代。遠程對焦也是實現3D成像的一種手段，如圖2所示。LSU模塊中，掃描振鏡水平掃描，ASU模塊包括物鏡L1和反射鏡M，通過調整M的位置實現軸向掃描該技術不僅可以校正主物鏡L2引入的光學像差，還可以進行快速軸向掃描。為了獲得更多的神經元成像，可以通過調整顯微鏡的物鏡設計來放大FOV。然而，大NA和大FOV的物鏡通常很重，不能快速移動以進行快速軸向掃描，因此大FOV系統(tǒng)依賴于遠程聚焦、SLM和可調電動透鏡。全球多光子顯微鏡主要消費地區(qū)分析，包括消費量及份額等。美國清醒動物多光子顯微鏡三維分辨率

多光子顯微鏡已經被生物學家普遍的運用于實驗中。Ultima 2P Plus多光子顯微鏡系統(tǒng)

1，光源、光路高度整合通過精密的設計，將飛秒激光器、掃描振鏡、PMT、濾光片組，甚至是單光子熒光光路全套整合在一個不大的掃描頭內，無論掃描頭如何移動，掃描頭內的光路都可以保持穩(wěn)定不變，從而實現了超穩(wěn)定、免維護的特點。2，配合多維度、高精度機械控制系統(tǒng)。掃描頭直接架設在一個多維運動的機械裝置上，可沿任意方向和角度移動掃描頭，方便對動物樣本進行多方位的掃描觀察。而這在常規(guī)方案的多光子顯微鏡上有很大的實現難度，不但需要多個關節(jié)組合的光路導向機構，并且在這些關節(jié)旋轉的時候，都冒著極大的光路偏移的風險，以至于在使用一段時間后都需要對光路進行再次校準，而這樣的問題在我司上則完全不會發(fā)生。3.一機多能。Ultima 2P Plus多光子顯微鏡系統(tǒng)