雙光子顯微鏡的應(yīng)用由于適合動態(tài)成像,雙光子顯微鏡一經(jīng)問世便很快應(yīng)用于神經(jīng)科學(xué)、遺傳發(fā)育、藥物代謝等領(lǐng)域。雙光子顯微鏡能夠在細胞甚至是亞細胞水平上對***神經(jīng)細胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)、離子濃度、細胞運動、分子相互作用等進行直接成像監(jiān)測,而且能夠進行光裂解、光轉(zhuǎn)染和光損傷等光學(xué)操縱。同時,雙光子顯微鏡能動態(tài)監(jiān)測**在體內(nèi)的生長和轉(zhuǎn)移,并可對**治療過程中*細胞的變化進行實時觀測和評估。隨著光學(xué)技術(shù)、熒光探針技術(shù)、計算機成像技術(shù)的發(fā)展,雙光子顯微技術(shù)會得到更大提升和更廣的應(yīng)用,未來不僅用于基礎(chǔ)研究,也將擴展到臨床應(yīng)用。雙光子顯微鏡型號有哪些?美國ultima2PPLUS雙光子顯微鏡成像技術(shù)
2008年錢永健等人由于熒光蛋白(GFP,綠色熒光蛋白)的發(fā)現(xiàn)和使用,獲得了諾貝爾化學(xué)獎,是對熒光成像技術(shù)的一次巨大肯定和推動。與熒光蛋白以及熒光染料等標記物在細胞中的定位與表達技術(shù)相結(jié)合,使得科學(xué)家可以特異性的分辨生物體乃至細胞內(nèi)部不同結(jié)構(gòu)與成分,并且能夠在生命體和細胞仍具有活性的狀態(tài)下(狀態(tài))對其功能進行動態(tài)觀察。這就使得熒光成像技術(shù)成為了無可替代的,生物學(xué)家現(xiàn)今較為重要的技術(shù)手段之一。目前,大多數(shù)細胞生物學(xué)和生理學(xué)研究主要還是在離體培養(yǎng)的細胞體系中研究。然而與細胞生物學(xué)研究有所不同的是,大腦的功能研究的整體性和原位性顯得更加關(guān)鍵:只研究分離的神經(jīng)元無法解釋神經(jīng)系統(tǒng)的功能和規(guī)律。由于被觀測的信號會受到樣本組織的散射和吸收,根本無法穿透如此深的組織進行成像。而雙光子顯微鏡(Two-photonMicroscopy,簡稱TPM)的發(fā)明,則為此類研究帶來了希望。國外雙光子顯微鏡ultima2PPLUS雙光子顯微鏡可精確穿透較厚標本進行定點、有生命體的觀察!
第二代微型化雙光子熒光顯微鏡FHIRM-TPM2.0,其成像視野是該團隊于2017年發(fā)布的代微型化顯微鏡的7.8倍,同時具備三維成像能力,獲取了小鼠在自由運動行為中大腦三維區(qū)域內(nèi)上千個神經(jīng)元清晰穩(wěn)定的動態(tài)功能圖像,并且實現(xiàn)了針對同一批神經(jīng)元長達一個月的追蹤記錄。在一批“早鳥項目”中,該系統(tǒng)已被多個研究組應(yīng)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(diào)控后大腦特定神經(jīng)元變化、新型神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿探針的傳導(dǎo)適應(yīng)性分析以及獼猴三腦區(qū)成像等多項研究。
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,熒光分子可以同時吸收2個長波長的光子,在經(jīng)過一個很短的所謂激發(fā)態(tài)壽命的時間后,發(fā)射出一個波長較短的光子;其效果和使用一個波長為長波長一半的光子去激發(fā)熒光分子是相同的。雙(多)光子成像優(yōu)勢在于,具有更深的組織穿透深度,利用紅外光,能夠在層面檢測極限達1mm的組織區(qū)域;因信號背景比高,而具有更高的對比度;因激發(fā)體積小,具有定點激發(fā)的特性,具有更少的光毒性;激發(fā)波長由紫外、可見光調(diào)整為紅外激發(fā),能夠更加安全。雙光子顯微鏡可以在小鼠的的任何部位進行有生命體成像。
雙光子顯微鏡是一種先進的成像技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)細胞或組織的深層觀察。它的主要特點是使用雙光子激發(fā)來產(chǎn)生熒光,從而實現(xiàn)對生物樣品的高分辨率成像。雙光子顯微鏡的工作原理是利用激光的脈沖寬度極窄的特性,將高能激光束聚焦到生物樣品中,激發(fā)出熒光。這個過程需要使用一個特殊的雙光子激發(fā)源,它能夠?qū)⒁粋€光子轉(zhuǎn)換為兩個光子,其中一個光子用于激發(fā)熒光,另一個光子則用于成像。雙光子顯微鏡具有以下優(yōu)點:高分辨率:由于雙光子激發(fā)的特性,可以實現(xiàn)對生物樣品的高分辨率成像,特別是對于深層組織的觀察。穿透深度大:雙光子激光的波長較長,能夠更好地穿透生物組織,從而實現(xiàn)對深層細胞的觀察。熒光壽命長:雙光子激發(fā)產(chǎn)生的熒光壽命比單光子激發(fā)產(chǎn)生的熒光壽命長,這使得雙光子顯微鏡能夠更好地區(qū)分不同的熒光標記物。減少光毒性:由于雙光子激發(fā)的能量較低,因此對生物樣品的損傷較小,可以減少光毒性??傊p光子顯微鏡是一種非常有用的成像技術(shù),可以用于生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域的研究。雙光子顯微鏡在生物醫(yī)學(xué)研究中有廣泛的應(yīng)用,可以觀察細胞內(nèi)的亞細胞結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)分布、細胞活動等。美國ultima2PPLUS雙光子顯微鏡成像技術(shù)
對于顯微成像技術(shù)包含:寬場熒光顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡、轉(zhuǎn)盤共聚焦顯微鏡、雙光子顯微鏡。美國ultima2PPLUS雙光子顯微鏡成像技術(shù)
雙光子之源:飛秒激光: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(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。雙光子吸收相當(dāng)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(guān),所以關(guān)鍵變量只剩下激光脈寬?;谝陨戏治?,能夠以高重頻(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(diào)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。美國ultima2PPLUS雙光子顯微鏡成像技術(shù)