双光子荧光显微镜是结合了激光扫描共聚焦显微镜和双光子激发技术的一种新技术。双光子激发的基本原理是:在高光子密度的情况下,荧光分子可以同时吸收2个长波长的光子,在经过一个很短的所谓激发态寿命的时间后,发射出一个波长较短的光子;其效果和使用一个波长为长波长一半的光子去激发荧光分子是相同的。双(多)光子成像优势在于,具有更深的组织穿透深度,利用红外光,能够在层面检测极限达1mm的组织区域;因信号背景比高,而具有更高的对比度;因激发体积小,具有定点激发的特性,具有更少的光毒性;激发波长由紫外、可见光调整为红外激发,能够更加安全。双光子显微镜使用长波长脉冲光,是通过物镜汇聚的。国外investigator双光子显微镜代理商
在该自适应光学双光子荧光显微镜中,她们将空间光位相调制器光学共轭到显微物镜的后焦平面,通过位相调制器将入射光分成若干子区域,每一块子区域的波前都可以被控制。同时,她们用数字微阵列光处理器,以不同的频率同时调制其中一半子区域的入射光强度,以另一半子区域作为“参考波前”。来自所有子区域光束会在焦点处会聚干涉,通过监测焦点激发的双光子信号随时间的变化情况,并进行傅里叶变换分析,可以“分解”得到被调制的每一块子区域的“光线”的贡献信息,从而可以实现对一半子区域波前的并行测量。对另一半子区域重复这一测量过程,从而获得整个入射波前的信息并进行校正。该方法耗时很短,通常约1~3分钟左右即可完成像差的测量和校正,无需复杂的计算,适用于任何标记密度和标记类型的样品。更重要的是,得到的像差校正图案可以用于提高较大视场范围内的成像质量。该方法无疑为在体研究小鼠大脑皮层深层区域的生物、医学问题提供了可行性方案。美国荧光双光子显微镜供应商联系方式双光子显微镜有这么多优点,那么双光子显微镜有哪些应用呢?
TOPTICAFemtoFiberultra920超快光纤激光器是一种易于操作且无需维护的激光系统。其输出波长为920nm,非常适合常规荧光基团(如GFP,eGFP,Eosin,GCaMP,CFP,Calcein或者Venus)的双光子激发。能给荧光基团提供比较高的峰值功率,常用于神经科学和其他与激光有关的生物光子学学科。而且其独特设计(制造简单且经济高效的光源)对双光子荧光显微镜发展的革新具有潜在的可能。在双光子显微镜中,峰值功率就是亮度!如果您希望获得比较好的图像亮度,那么你就需要短脉冲,高功率,较重要的是需要干净的时间脉冲形状。FemtoFiberultra920具有足够高的输出功率,较短的脉冲和独特的Clean-Pulse技术,以及具有相对比较高的峰值功率,使得其在双光子显微镜中可以实现****的亮度,而不会对样品造成不必要的加热。FemtoFiberultra920交钥匙,完全集成的色散补偿(可确保样品处的脉冲较短),内置的功率控制,操作直观以及其坚固而紧凑的设计,使该系统具有极为友好的用户体验,是非线性显微镜应用的较好解决方案。例如荧光蛋白的双光子激发和基于SHG的对比机制。
双光子显微成像的在生物医学研究和医疗领域应用有较大的应用前景,首先双光子显微镜能够进行细胞和组织结构成像,在亚微米级成像,此功能与目前市场上的共聚焦类显微镜性能类似;双光子显微成像能够实时、在体、原位、无创地,根据不同物质组份的光谱特性,区分成像;双光子显微镜能够进行生化指标成像,在无造影剂的前提下,利用自发荧光、二次谐波、荧光获得活细胞生化信息。双光子显微镜技术在医疗诊断应用中具有巨大的潜力,该领域还未形成标准和体系,需要系统的医学研究与庞大的医疗数据加以支撑,通过研究人体基于多光子成像技术,进行细胞结构、生化成分、微环境、组织形态、代谢功能的影响信息,找到与疾病的细胞学、分子生物学、组织病理学、诊断和***特征的关联关系,共同探究生理病理基础和分子细胞生物学机制,筛选鉴定**、皮肤病、自身免疫病及其他疑难疾病的诊断及鉴别诊断依据,建立全新的多光子细胞诊断的完整数据库,定义出针对不同疾病的多光子临床检测设备的产品标准。双光子显微镜成像技术及不同转基因小鼠开展对多种脏器的成像研究。
新一代微型化双光子荧光显微镜体积小,重只2.2克,适于佩戴在小动物头部颅窗上,实时记录数十个神经元、上千个神经突触的动态信号。在大型动物上,还可望实现多探头佩戴、多颅窗不同脑区的长时程观测。相比单光子激发,双光子激发具有良好的光学断层、更深的生物组织穿透等优势,其横向分辨率达到0.65μm,成像质量与商品化大型台式双光子荧光显微镜可相媲美,远优于目前领域内主导的、美国脑科学计划重要团队所研发的微型化宽场显微镜。采用双轴对称高速微机电系统转镜扫描技术,成像帧频已达40Hz(256*256像素),同时具备多区域随机扫描和每秒1万线的线扫描能力。此外,采用自主设计可传导920nm飞秒激光的光子晶体光纤,该系统实现了微型双光子显微镜对脑科学领域较广泛应用的指示神经元活动的荧光探针(如GCaMP6)的有效利用。同时采用柔性光纤束进行荧光信号的接收,解决了动物的活动和行为由于荧光传输光缆拖拽而受到干扰的难题。未来,与光遗传学技术的结合,可望在结构与功能成像的同时,精细地操控神经元和神经回路的活动。双光子显微镜是新型的荧光显微镜,其原理大致是这样的;美国双光子显微镜商家
双光子显微镜使用的是可见光或近红外光作为光源。国外investigator双光子显微镜代理商
WinfriedDenk较初使用的光源是染料飞秒激光器(100fs脉宽、630nm可见光波长)。虽然染料激光器对于实验室演示尚可,但是使用很不方便所以远未实现商用。很快双光子显微镜的标配光源就变成了飞秒钛宝石激光器。除了固态光源优势,钛宝石激光器还具有较宽的近红外波长调谐范围,而近红外相比可见光穿透更深,对生物样品损伤更小。下图是Thorlabs的双光子和三光子显微镜配置,钛宝石飞秒可调谐激光器位于平台较左边。科学家正在从双光子转向三光子显微镜。1996年,ChrisXu在康奈尔大学(Denk同导师实验室)读博期间发明了三光子显微镜,如果双光子吸收可行,那么三光子看起来也是自然的发展方向。三光子成像使用更长的波长,大约在1.3和1.7微米,其成像深度也比双光子更深,目前记录约为2.2毫米,人类大脑皮层厚约4毫米。相比双光子显微镜,三光子还要求以较低重频使用更强和更短的激光脉冲,而传统的钛宝石激光器难以达到这些要求,但是对于掺镱光纤飞秒光参量放大器则非常容易,比如我们的Y-Fi光参量放大器(OPA)。国外investigator双光子显微镜代理商