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美国2PPLUS双光子显微镜分辨率

来源:因斯蔻浦(上海)生物科技有限公司 发布时间:2025年06月20日

双光子显微镜(2PM)可以对钙离子传感器和谷氨酸传感器进行亚细胞分辨率的成像,从而测量不透明脑深部的活动。成像膜的电压变化可以直接反映神经元的活动,但神经元活动的速度对于常规的2PM来说太快了。目前,电压成像主要由宽视场显微镜实现,但其空间分辨率较差,且只能在浅深度成像。因此,为了以高空间分辨率成像不透明脑中膜电压的变化,需要将成像速率提高2PM。面向模块输出端的子脉冲序列可视为从虚拟光源阵列发出的光,这些子脉冲在中继到显微镜物镜后形成空间分离和时间延迟的聚焦阵列。然后,该模块被集成到一个带有高速数据采集系统的标准双光子荧光显微镜中,如图2所示。光源是重复频率为1MHz的920nm激光器。FACED模块可以产生80个脉冲焦点,脉冲时间间隔为2ns。这些焦点是虚拟源的图像。虚光源越远,物镜处的光束尺寸越大,焦点越小。光束可以沿Y轴比沿X轴更好地填充物镜,从而在X轴上产生0.82m和0.35m的横向分辨率。由于双光子显微镜使用的是可见光或近红外光作为激发光源,适用于长时间的研究。美国2PPLUS双光子显微镜分辨率

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第二代微型化双光子荧光显微镜FHIRM-TPM2.0,其成像视野是该团队于2017年发布的代微型化显微镜的7.8倍,同时具备三维成像能力,获取了小鼠在自由运动行为中大脑三维区域内上千个神经元清晰稳定的动态功能图像,并且实现了针对同一批神经元长达一个月的追踪记录。在一批“早鸟项目”中,该系统已被多个研究组应用于不同的模式动物和行为范式,如小鼠的社交新颖性识别、斑胸草雀受调控后大脑特定神经元变化、新型神经递质乙酰胆碱探针的传导适应性分析以及猕猴三脑区成像等多项研究。国内荧光激光双光子显微镜光刺激双光子显微镜可精确穿透较厚标本进行定点、有生命体的观察!

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双光子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,还仍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。讨论环节,来自病理科、呼吸中心、心脏科、神经科、皮肤科及研究所的多位医师及研究人员纷纷结合各自的工作领域与王爱民副教授展开了热烈的讨论,其中毛发中心杨顶权主任计划再次邀请王爱民副教授进行学术交流。通过本次学术交流,病理科与研究所分别与王爱民副教授课题组达成了初步的合作意向。

随着技术的发展,双光子显微镜的性能得到不断地优化,结合它的特点,大致可以分成深和活两个方面的提升。要想让激发激光进入更深的层面,大致可从两个方面入手,装置优化与标本改造。关于装置优化,我们可以把激光束变得更细,使能量更加集中,就能让激光穿透更深。关于标本,其中影响光传播的主要是物质吸收和散射,解决这个问题,我们需要对样本进行透明化处理。一种方法是运用某种物质将标本浸泡,使其中的物质(主要是脂质)被破坏或溶解。另一种方法是运用电泳将脂质电解,进而让标本“透明度”提高。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。

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在深度组织中以较长时间对活细胞成像,双光子显微镜是当前之选。双光子和共聚焦显微镜都是通过激光激发样品中的荧光标记,使用探测器测量被激发的荧光。但是,共聚焦一般使用单模光纤耦合激光器,通过单光子激发荧光,而双光子使用飞秒激光器,通过几乎同时吸收两个长波光子激发荧光。双光子激发荧光的主要优势:双光子比共聚焦使用的更长的波长,所以对组织的损伤更小且穿透更深。共聚焦的成像深度一般为100微米,双光子则能达到250到500微米,甚至超过1毫米。另外,同时吸收两个光子意味只有度聚焦点处能被激发,所以不会损伤焦平面之外的组织,并且生成更清晰的图像。双光子显微镜能够在细胞甚至是亚细胞水平上对神经细胞的形态结构、离子浓度、细胞运动、进行直接成像监测。国内荧光激光双光子显微镜最大分辨率

双光子显微镜使用的是可见光或近红外光作为光源。美国2PPLUS双光子显微镜分辨率

首先我们来简单介绍一下激光扫描共聚焦和双光子这两种当红的显微成像技术。激光扫描共聚焦显微技术,是荧光显微成像的一种,用于激发样品的荧光信号并对其放大成像。在激光扫描共聚焦显微镜中,样品焦平面上每一时刻只有一个点被激发光照射,纵然焦平面外也有激发光照射,但通过探测器前的(pinhole),有焦平面上的荧光信号能被探测器接收。也就是说,每个时刻,只有焦平面上一个点的信号被探测。通过点扫描的方式,一个个点的信号就可以组合出终的图像。双光子显微镜(包括多光子显微镜)同样采用点扫描的方式得到图像。不同的是,其采用的激发光波长较长,只有当两个(或更多)激发光光子几乎同时轰击荧光探针的时候才可能激发出荧光信号。所以只有在光子密度特别大的焦点,出才会激发出荧光。也就是说,双光子显微镜中,同样每个时刻只有焦平面上一个点的信号被探测,并且连焦平面外的荧光信号也不会有。美国2PPLUS双光子显微镜分辨率

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