双光子显微镜基本参数
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双光子显微镜企业商机

双光子之源:飞秒激光双光子吸收理论早在1931年就由诺奖得主Maria Goeppert Mayer提出,30年后因为有了激光才得到实验验证,但是到Winfried Denk发明双光子显微镜又用了将近30年。

要理解双光子的技术挑战和飞秒激光发挥的重要作用,首先要了解其中的非线性过程。双光子吸收相当于和频产生非线性过程,这要求极高的电场强度,而电场取决于聚焦光斑大小和激光脉宽。聚焦光斑越小,脉宽越窄,双光子吸收效率越高。

对于衍射极限显微镜,聚焦在样品上的光斑大小只和物镜NA和激光波长有关,所以关键变量只剩下激光脉宽。基于以上分析,能够以高重频(100 MHz)输出超短脉冲(100 fs量级)的飞秒激光器成了双光子显微镜的标准激发光源。这也再次说明双光子显微镜的优势:只有焦平面处才能形成双光子吸收,而焦平面之外由于光强低无法被激发,所以双光子成像更清晰。 双光子显微镜能够进行指标成像;激光双光子显微镜代理商

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I try to explain why two-photon microscopy has a deeper imaging depth than one-photon microscopy, in the area of biomedical imaging. Many of the biomedical imaging modalities, no matter one-photon (confocal) or multi-photon (two-photon), use lasers as light source and require compatible fluorescent dyes. 

Fluorescent dyes have their own excitation wavelength, and they can either be excited by a single photon with the photon energy of that excitation wavelength (E=hv=h*c/λ); or by two photons, arriving almost at the same time, but each with approximately half of the energy, hence of double wavelength than one-photon (0.5E->2λ). The former is the principle of one-photon microscopy and the latter is the principle of two-photon microscopy.

When imaging the same fluorescent dye, since two-photon could use approximately doubled wavelength compared with single-photon, two-photon can obviously penetrated deeper into the tissue due to less scattering (longer wavelength, less scattering). 激光双光子显微镜代理商双光子显微镜的基本原理是: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。

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光学显微镜和电子显微镜本质的区别在于,

光学显微镜:用的是可见光

电子显微镜:用的是高频电子射波

有什么区别,在于一个基本的原理,光的衍射。。。

光波是一个有趣的东西,其中有一项,如果物体的体积小于光的波长,光一般可以绕过去,不发生明显变化。也就是说,有这个物体和没这个物体,在这种情况下,光是不会发生明显改变的。

可见光的波长(肉眼):380~780纳米,也就是,如果比380纳米还要小的东西,用光学显微镜,无论你放大多少倍,也是看不见的。因为光绕过去了。。。光的衍射为了克服这个问题,科学家用波长更短的光去照射物体,也是就被观测物。比如10纳米级的光,这样,就能看到我们用肉眼无论如何都看不见的东西。这就是电子显微镜

多说一句,光速是不变的。光速=频率×波长。波长越短,频率越大。。频率越大,光波的能量越大。这就是为什么电子显微镜的功率越大,能看到的东西越小。颜色取决于物体能反射光的波长的长短

当你看到的物体小于较小可见光的波长,那它就是没有颜色的。。。因为颜色是肉眼对于可见光频率在大脑中的投影。。。。所以只能把他们统一变为黑白。。。没有颜色不是透明的意思,它们不是肉眼可见颜色的定义中包含的

双光子显微镜为什么穿透能力强?生物组织在近红外波段存在两个窗口,第1个近红外窗口对应波长在700nm-900nm,第2个近红外窗口对应波长在1000nm-1400nm之间。举例说明就是单晶硅对于可见光几乎是不透明的,但是对于红外波段就像是“水晶”一样通透性很好了。原因有两点:

1.生物组织对红外光的吸收弱,对可见光吸收强。类似的,平时用手电筒照射手指,会看到手通透红亮,也是由于生物组织对长波长的红光吸收少。

2.生物组织对红外光的散射弱。因为瑞利散射的强度反比于波长λ的四次方。类似的,早晨的太阳非常红,也就是因为长波长的红光穿透力更强。

这两点共同导致长波长的红外光比可见光对生物组织的穿透能力强。 双光子显微镜只有焦平面处才能形成双光子吸收,而焦平面之外由于光强低无法被发动,所以双光子成像更清晰。

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双光子显微镜是结合了双光子激发技术和激光扫描共聚显微镜的一种新型荧光显微镜,其原理大致是这样的:

首先,让我们来看看什么是荧光显微镜。荧光显微镜是以紫外线为光源,照射被检物体上的荧光物质或是荧光染料,使其发出荧光。相比普通光学显微镜,荧光显微镜运用了波长更短的紫外线,再将可见光过滤掉,提高了分辨力率。而当被检物体过厚时,从不同深度发出的荧光都会打在物镜上,使观察到的像模糊、发虚,无法清楚的知道被检物体的结构。而激光扫描共聚显微镜就是在荧光显微镜的基础上,增加了激光扫描装置,从而解决了上述问题。

激光共聚扫描显微镜脱离了传统光学显微镜的场光源和局部平面成像模式,采用激光束作光源,激光束经照明孔,经由分光镜反射至物镜,并聚焦于样品上,对标本焦平面上每一点进行扫描。组织样品中的荧光物质受到刺激后发出的荧光经原来入射光路直接反向回到分光镜,通过探测孔时先聚焦,然后被光探头收集,转化为信号输送到计算机进行处理。这个装置能让通过探测***的只有焦平面上发出的荧光,使成像更为清晰准确,同时通过改变物镜的焦距,能对不同焦平面进行扫描,通过计算机绘出普通显微镜无法观测的三维图像。




如果已经有了飞秒光,就可以几套双光子显微镜共享一台,只需分光即可。美国激光荧光双光子显微镜分辨率

双光子显微镜可以在小鼠的的任何部位进行有生命体成像。激光双光子显微镜代理商

和很多伟大的科学发明一样,双光子显微镜的出现也有一点偶然,但正是那瞬间的灵感为生物科学尤其是神经科学带来了一种**性的成像技术:双光子激发荧光显微镜。

1990年初,当Winfried Denk刚从康奈尔大学博士毕业准备前往瑞士读博后时,他看了一本关于激光扫描显微镜的书,从中了解到非线性光学效应——强光和物质的相互作用。当时,Denk有同事研究生物样品中的钙离子但苦于没有强大的紫外激光器和光学元件,于是他就想到如果使用双光子吸收就能够绕开紫外,换言之,与其通过一个紫外光子激发标记的钙离子,通过两个双倍波长的可见光光子也能激发相同的荧光。

有了想法后马上实验。借了一套染料飞秒激光器,Denk联合他的导师Watt Webb及其博士生James Strickler只用六个小时就完成了实验搭建,采集数据则用了两到三天,于是一篇里程碑式的文章就此诞生了。 激光双光子显微镜代理商

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