双光子荧光显微成像主要有以下优点∶a.光损伤小∶双光子荧光显微镜使用可见光或近红外光作为激发光,对细胞和组织的光损伤很小,适合于长时间的研究;b.穿透能力强∶相对于紫外光,可见光或近红外光具有很强的穿透性,可以对生物样品进行深层次的研究;c.高分辨率∶由于双光子吸收截面很小P,只有在焦平面很小的区域内可以激发出荧光,双光子吸收局限于焦点处的体积约为λ范围内;d.漂白区域很小,焦点以外不发生漂白现象。e.荧光收集率高。与共聚焦成像相比,双光子成像不需要光学滤波器,提高了荧光收集率。收集效率提高直接导致图像对比度提高。f.对探测光路的要求低。由于激发光与发射荧光的波长差值加大以及自发的三维滤波效果,多光子显微镜对光路收集系统的要求比单光子共焦显微镜低得多,光学系统相对简单。g.适合多标记复合测量。许多染料荧光探针的多光子激发光谱要比单光子激发谱宽阔,这样,可以利用单一波长的激发光同时激发多种染料,从而得到同一生命现象中的不同信息,便于相互对照、补充。多光子显微镜技术是对完整组织进行深层荧光成像的优先技术。离体多光子显微镜三维分辨率
当细胞在受到外界刺激时,随着刺激时间的增长,即使刺激继续存在,Ca2+荧光信号不但不会继续增强,反而会减弱,直至恢复到未加刺激物时的水平。对于细胞受精过程中Ca2+荧光信号的变化情况,研究发现,配了在粘着过程中,Ca2+荧光信号未发生任何变化,而配子之间发生融合作用时,Ca2+荧光信号强度却会出现一个不稳定的峰值,并可持续几分钟。这些现象,对研究受精发育的早期信号及Ca2+在卵细胞和受精卵的发育过程中的作用具有重要的意义。在其它一些生理过程如细胞分裂、胞吐作用等,Ca2+荧光信号强度也会发生很的变化。多光子显微镜Ultima Investigator带宽足以覆盖钛蓝宝石激光器的可调谐范围和用于多光子显微镜的许多其它激光器的典型中心频率。
有许多方法可以实现快速光栅扫描,例如使用振镜进行快速2D扫描,以及将振镜与可调电动透镜相结合进行快速3D扫描。而可调电动式镜头由于机械惯性的限制,无法在轴向快速切换焦点,影响成像速度。现在它可以被空间光调制器(SLM)取代。远程对焦也是实现3D成像的一种手段,如图2所示。LSU模块中,扫描振镜水平扫描,ASU模块包括物镜L1和反射镜M,通过调整M的位置实现轴向扫描该技术不仅可以校正主物镜L2引入的光学像差,还可以进行快速轴向扫描。为了获得更多的神经元成像,可以通过调整显微镜的物镜设计来放大FOV。然而,大NA和大FOV的物镜通常很重,不能快速移动以进行快速轴向扫描,因此大FOV系统依赖于远程聚焦、SLM和可调电动透镜。
国内显微镜制造市场目前断层严重。目前我国显微镜行业发展缺乏技术沉淀,20年以上经营积累的企业十分稀缺,深度精密制造、光学主要部件设计及工艺严重制约产业升级。目前中国显微镜中如多光子显微镜、共聚焦扫描和电子显微镜等主要集中在徕卡显微系统、蔡司、尼康、奥林巴斯等国外企业。国内具备生产显微镜能力的企业屈指可数,若国内显微镜企业能打破技术壁垒,切入显微镜市场,企业的生产经营将腾跃至一个更高的格局。未来国产多光子激光扫描显微镜替代空间大。目前中国使用的多光子激光扫描显微镜几乎被徕卡显微系统、蔡司、尼康和奥林巴斯垄断。国内有能力开始生产多光子激光扫描显微镜的企业极少,若国内能够制造出高性能、高可靠性的多光子激光扫描显微镜,无异是会面临极大的市场机遇。显微镜产品正拉动市场需求,多光子显微镜市场发展潜力巨大。
对于双光子成像而言,离焦和近表面荧光激发是两个比较大的深度限制因素,而对于三光子成像这两个问题大大减小,但是三光子成像由于荧光团的吸收截面比2P要小得多,所以需要更高数量级的脉冲能量才能获得与2P激发的相同强度的荧光信号。功能性3P显微镜比结构性3P显微镜的要求更高,它需要更快速的扫描,以便及时采样神经元活动;需要更高的脉冲能量,以便在每个像素停留时间内收集足够的信号。复杂的行为通常涉及到大型的大脑神经网络,该网络既具有局部的连接又具有远程的连接。要想将神经元活动与行为联系起来,需要同时监控非常庞大且分布普遍的神经元的活动,大脑中的神经网络会在几十毫秒内处理传入的刺激,要想了解这种快速的神经元动力学,就需要MPM具备对神经元进行快速成像的能力。快速MPM方法可分为单束扫描技术和多束扫描技术。显微镜简史:从光到多光子显微镜。美国全自动多光子显微镜实验操作
全球多光子显微镜主要厂商基本情况介绍,包括公司简介、多光子显微镜产品型号、产量、产值及动态等。离体多光子显微镜三维分辨率
使用MPM对神经元进行成像时,通过随机访问扫描—即激光束在整个视场上的任意选定点上进行快速扫描—可以只扫描感兴趣的神经元,这样不仅避免扫描到任何未标记的神经纤维,还可以优化激光束的扫描时间。随机访问扫描可以通过声光偏转器(AOD)来实现,其原理是将具有一个射频信号的压电传感器粘在合适的晶体上,所产生的声波引起周期性的折射率光栅,激光束通过光栅时发生衍射。通过射频电信号调控声波的强度和频率从而可以改变衍射光的强度和方向,这样使用1个AOD就可以实现一维横向的任意点扫描,利用1对AOD,结合其他轴向扫描技术可实现3D的随机访问扫描。但是该技术对样本的运动很敏感,易出现运动伪影。目前,快速光栅扫描即在FOV中进行逐行扫描,由于利用算法可以轻松解决运动伪影而被普遍的使用。离体多光子显微镜三维分辨率