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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)。双光子显微镜还可以对一些具有双光子特性的染料细胞进行特定实验;美国bruker双光子显微镜光毒性
1990年初,当WinfriedDenk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WattWebb及其博士生JamesStrickler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。美国荧光激光双光子显微镜双光子显微镜能够进行光裂解、光转染和光损伤等光学操纵。
WinfriedDenk使用的第1个光源是染料飞秒激光(脉冲宽度100fs,可见光波长630nm)。染料激光虽然实验室演示可以接受,但是使用起来不方便,所以离商业化还很远。很快双光子显微镜的标准光源变成了飞秒钛宝石激光器。钛宝石激光器除了具有固态光源的优点外,还具有近红外波长调谐范围宽,而近红外比可见光穿透更深,对生物样品的损伤更小。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左侧。从双光子到三光子科学家们正在从双光子显微镜转向三光子显微镜。1996年,ChrisXu在康奈尔大学(Denk的导师实验室)读博时发明了三光子显微镜。如果双光子吸收是可行的,那么三光子似乎是自然的发展方向。三光子成像使用更长的波长,大约1.3和1.7微米,成像深度比双光子更深。目前录音大约2.2毫米,人的大脑皮层厚度大约4毫米。与双光子显微镜相比,三光子需要使用更强、更短、重复率更低的激光脉冲,这是传统的钛宝石激光器很难满足的,但对于掺镱光纤飞秒光参量放大器,比如我们的Y-Fi光参量放大器(OPA)就非常容易。
在传统宽场显微镜中,来自标本不同纵深的光线都可投射到同一焦平面(感光元件)上,所以其成像是整个样品的重叠像,没有纵向分辨能力。单光子激光共聚焦显微镜用针空有效滤除了杂散光,分辨率有了本质上的提高,拥有了对样品的特定焦平面精细成像的能力,可以进行三维成像、动态成像等。然而,针空在滤除杂散光的同时也将大部分来自焦平面的荧光滤除了,只有很弱的荧光到达检测器。若要提高信号强度,需要加大激发光功率,这又会导致对活细胞的光毒性和荧光分子的光漂白增加。双光子显微镜蕞大的优势来源于其双光子光源的非线性光学效应,与单光子共聚焦显微镜蕞大的不同在于无须使用针空限制光学散射,其具体优势如下所述。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。
TOPTICAFemtoFiberultra920超快光纤激光器是一种易于操作和免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、曙红、GCaMP、CFP、钙黄绿素或金星)的双光子激发。它可以为荧光基团提供相对较高的峰值功率,常用于神经科学和其他与激光相关的光子学。此外,其独特的设计(简单和经济的光源)具有创新双光子荧光显微镜发展的潜力。在双光子显微镜中,峰值功率就是亮度!如果你想获得更好的图像亮度,那么你需要短脉冲,高功率,更重要的是,干净的时间脉冲形状。FemtoFiberultra920具有足够高的输出功率、短脉冲、独特的Clean-Pulse技术和相对较高的峰值功率,这使得在双光子显微镜中实现****亮度而无需对样品进行不必要的加热成为可能。FemtoFiberultra920全包式、完全集成的色散补偿(可确保样品处的短脉冲)、内置电源控制、直观的操作及其坚固紧凑的设计使系统具有非常友好的用户体验,是非线性显微镜应用的良好解决方案。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。美国荧光激光双光子显微镜
双光子显微镜使用方法是什么?美国bruker双光子显微镜光毒性
配合双光子激发技术,激光共聚扫描显微镜则能更好得发挥功效。那么,什么是双光子激发技术呢?在高光子密度的情况下,荧光分子可以同时吸收2个长波长的光子使电子跃迁到较高能级,经过一个很短的时间后,电子再跃迁回低能级同时放出一个波长为长波长一半的光子(P=h/λ)。利用这个原理,便诞生了双光子激发技术。双光子显微镜使用长波长脉冲激光,通过物镜汇聚,由于双光子激发需要很高的光子密度,而物镜焦点处的光子密度是比较高的,所以只有在焦点处才能发生双光子激发,产生荧光,该点产生的荧光再次穿过物镜,被光探头接收,从而达到逐点扫描的效果。美国bruker双光子显微镜光毒性
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