模塊化多光子顯微鏡焦點(diǎn)激發(fā)

針對(duì)雙光子熒光顯微鏡的特點(diǎn)，從理論上分析雙光子成像特點(diǎn)，并搭建一套時(shí)間、空間分辨率高，能實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、多參數(shù)測(cè)量的雙光子熒光顯微鏡系統(tǒng)。具體系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)∶（1）能對(duì)不同染料的雙光子熒光進(jìn)行探測(cè);（2）用特定染料對(duì)樣品標(biāo)記以后，能實(shí)現(xiàn)雙光子熒光的三維成像;（3）通過(guò)實(shí)驗(yàn)的研究，改進(jìn)雙光子熒光顯微成像系統(tǒng);（4）在保證成像質(zhì)量的前提下，簡(jiǎn)化整個(gè)系統(tǒng)，使得實(shí)驗(yàn)操作方便、安全。單光子激發(fā)熒光的過(guò)程，就是熒光分子吸收一個(gè)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(guò)內(nèi)轉(zhuǎn)換把部分能量轉(zhuǎn)移給周?chē)姆肿?，自己回到比較低電子激發(fā)態(tài)的比較低振動(dòng)能級(jí)。處于比較低電子激發(fā)態(tài)的比較低振動(dòng)能級(jí)像在生物醫(yī)學(xué)光學(xué)成像研究中顯示了較大的優(yōu)勢(shì)。而在顯微成像中，雙光子熒光顯微鏡憑其獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)，成為研究細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能檢測(cè)的重要工具。1990年A.Mayer在Science上刊文展示了雙光子激光掃描熒光顯微鏡。模塊化多光子顯微鏡焦點(diǎn)激發(fā)

    繼首代小型化雙光子顯微鏡在國(guó)際上獲得小鼠自由行為過(guò)程中大腦神經(jīng)元和突觸的動(dòng)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(duì)自由活動(dòng)小鼠三維腦區(qū)的數(shù)千個(gè)神經(jīng)元進(jìn)行成像，實(shí)現(xiàn)對(duì)同一批神經(jīng)元的一個(gè)月追蹤記錄。通過(guò)對(duì)微光學(xué)系統(tǒng)的重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)的。微物鏡工作距離延長(zhǎng)至1mm，實(shí)現(xiàn)無(wú)創(chuàng)成像。內(nèi)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(shí)時(shí)成像。該掃描模塊由一個(gè)快速的電動(dòng)變焦透鏡和一對(duì)中繼透鏡組成，在不同深度成像時(shí)可保持放大倍率恒定。其變焦模塊重量，研究人員可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求自由拆卸。此外，新版微型化成像探頭可整體即時(shí)拔插，極大地簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)操作，避免了長(zhǎng)周期實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)動(dòng)物的干擾。在重復(fù)裝卸探頭同一批神經(jīng)元時(shí)，視場(chǎng)旋轉(zhuǎn)角小于，邊界偏差小于35微米。 嚙齒類(lèi)多光子顯微鏡準(zhǔn)確定位多光子顯微鏡的分辨率比傳統(tǒng)的單光子共聚焦要低的多。

當(dāng)激光光束焦點(diǎn)的位置在鏡面上，此時(shí)被反射的激光在無(wú)限空間中成為準(zhǔn)直光束，并在OBJ2的焦平面上形成了一個(gè)激光光斑。同理，如果橫向掃描光束，則會(huì)形成遠(yuǎn)離傾斜鏡鏡面的焦點(diǎn)，這又導(dǎo)致返回的光束會(huì)聚或發(fā)散，進(jìn)而OBJ2能在軸向不同位置形成焦點(diǎn)，通過(guò)這種方式即能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的軸向掃描。對(duì)于較小的傾斜角，聚焦沒(méi)有球差。該組在實(shí)驗(yàn)中表征了這種將橫向掃描轉(zhuǎn)換為軸向掃描技術(shù)的光學(xué)性能，并使用它將光片顯微鏡的成像速度提升了一個(gè)數(shù)量級(jí)，從而可以在三個(gè)維度上量化快速的囊泡動(dòng)力學(xué)。該組還演示了使用雙光子光柵掃描顯微鏡以12 kHz進(jìn)行共振遠(yuǎn)程聚焦，該技術(shù)可對(duì)大腦組織和斑馬魚(yú)心臟動(dòng)力學(xué)進(jìn)行快速成像，并具有衍射極限的分辨率。

多束掃描技術(shù)可以同時(shí)對(duì)神經(jīng)元組織的不同位置進(jìn)行成像該技術(shù)：對(duì)兩個(gè)遠(yuǎn)距離（相距大于1-2 mm）的成像部位，通常使用兩條單獨(dú)的路徑進(jìn)行成像；對(duì)于相鄰區(qū)域，通常使用單個(gè)物鏡的多光束進(jìn)行成像。多光束掃描技術(shù)必須特別注意激發(fā)光束之間的串?dāng)_問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)事后光源分離方法或時(shí)空復(fù)用方法來(lái)解決。事后光源分離方法指的是用算法來(lái)分離光束消除串?dāng)_；時(shí)空復(fù)用方法指的是同時(shí)使用多個(gè)激發(fā)光束，每個(gè)光束的脈沖在時(shí)間上延遲，這樣就可以暫時(shí)分離被不同光束激發(fā)的單個(gè)熒光信號(hào)。引入越多路光束就可以對(duì)越多的神經(jīng)元進(jìn)行成像，但是多路光束會(huì)導(dǎo)致熒光衰減時(shí)間的重疊增加，從而限制了區(qū)分信號(hào)源的能力；并且多路復(fù)用對(duì)電子設(shè)備的工作速率有很高的要求；大量的光束也需要更高的激光功率來(lái)維持近似單光束的信噪比，這會(huì)容易導(dǎo)致組織損傷。多光子共聚焦掃描顯微鏡比雙光子共聚焦掃描顯微鏡具有更高的空間分辨率。

對(duì)兩個(gè)遠(yuǎn)距離（相距大于1-2 mm）的成像部位，通常使用兩條單獨(dú)的路徑進(jìn)行成像；對(duì)于相鄰區(qū)域，通常使用單個(gè)物鏡的多光束進(jìn)行成像。多光束掃描技術(shù)必須特別注意激發(fā)光束之間的串?dāng)_問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)事后光源分離方法或時(shí)空復(fù)用方法來(lái)解決。事后光源分離方法指的是用算法來(lái)分離光束消除串?dāng)_；時(shí)空復(fù)用方法指的是同時(shí)使用多個(gè)激發(fā)光束，每個(gè)光束的脈沖在時(shí)間上延遲，這樣就可以暫時(shí)分離被不同光束激發(fā)的單個(gè)熒光信號(hào)。引入越多路光束就可以對(duì)越多的神經(jīng)元進(jìn)行成像，但是多路光束會(huì)導(dǎo)致熒光衰減時(shí)間的重疊增加，從而限制了區(qū)分信號(hào)源的能力；并且多路復(fù)用對(duì)電子設(shè)備的工作速率有很高的要求；大量的光束也需要更高的激光功率來(lái)維持近似單光束的信噪比，這會(huì)容易導(dǎo)致組織損傷。多光子激光掃描顯微鏡是建立在激光掃描顯微鏡技術(shù)基礎(chǔ)上的實(shí)驗(yàn)方法，三維觀察上提供更的光學(xué)切片能力。模塊化多光子顯微鏡Ultima 2P Plus

多光子顯微鏡可以進(jìn)行深層成像，且具有三維成像的能力，可以應(yīng)用于拍攝不透明的厚樣品。模塊化多光子顯微鏡焦點(diǎn)激發(fā)

由于在重大工程、工業(yè)裝備和質(zhì)量保證、基礎(chǔ)科研中，儀器儀表都是必不可少的基礎(chǔ)技術(shù)和裝備重點(diǎn)，除傳統(tǒng)領(lǐng)域的需求外，新興的智能制造、離散自動(dòng)化、生命科學(xué)、新能源、海洋工程、軌道交通等領(lǐng)域也會(huì)產(chǎn)生巨大需求。中國(guó)的新型工業(yè)化進(jìn)程，信息化和工業(yè)化融合的進(jìn)一步加深，帶動(dòng)各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域?qū)τ趎Vista，nVoke，3D bioplotte，invivo等產(chǎn)品的需求。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中，生物科技，醫(yī)藥科技領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)開(kāi)發(fā)、技術(shù)咨詢、技術(shù)服務(wù)、技術(shù)轉(zhuǎn)讓?zhuān)瑢?shí)驗(yàn)室設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療器械、計(jì)算機(jī)、軟件及輔助設(shè)備銷(xiāo)售，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理，貨物及技術(shù)進(jìn)出口業(yè)務(wù)。 成像平臺(tái)： 1. Inscopix自由活動(dòng)超微顯微成像系統(tǒng) 2. DiveScope多通道內(nèi)窺鏡系統(tǒng) 3. 雙光子顯微鏡 動(dòng)物行為學(xué)平臺(tái)： 1. PiezoSleep無(wú)創(chuàng)睡眠檢測(cè)系統(tǒng) 2. 自身給藥、條件恐懼、斯金納、睡眠剝奪、跑步機(jī)、各類(lèi)經(jīng)典迷宮等 神經(jīng)電生理： 1.NeuroNexus神經(jīng)電極 2.多通道電生理信號(hào)采集系統(tǒng) 3.膜片鉗系統(tǒng) 4.AO功能神經(jīng)外科臨床電生理平臺(tái) 顯微細(xì)胞： 1. UnipicK單細(xì)胞挑選及顯微切割系統(tǒng) 科研/臨床級(jí)3D打印 1. 德國(guó)envisionTEC 3D Bioplotter生物打印機(jī) 2. 韓國(guó)Invivo醫(yī)療級(jí)生物打印機(jī)等。等設(shè)備是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的倍增器，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有著巨大的作用和影響力。美國(guó)商業(yè)部地區(qū)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)研究院（NIST）提出的報(bào)告稱(chēng)：美國(guó)90年代儀器儀表工業(yè)產(chǎn)值只占工業(yè)總產(chǎn)值的4%，但它對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)（GNP）的影響面卻達(dá)到66%。盡管在我國(guó)相關(guān)政策的引導(dǎo)和支持下，我國(guó)儀器儀表行業(yè)得到了飛速發(fā)展。但是從銷(xiāo)售整體上看，我國(guó)的儀器儀表行業(yè)還是落后于國(guó)際水平的。重點(diǎn)技術(shù)缺乏、高精尖產(chǎn)品嚴(yán)重依賴(lài)進(jìn)口、儀器儀表產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重、生產(chǎn)工藝落后、研發(fā)能力弱、精度不高等問(wèn)題的凸顯，為儀器儀表行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。模塊化多光子顯微鏡焦點(diǎn)激發(fā)