美國(guó)熒光激光雙光子顯微鏡原理

Denk很快就將雙光子顯微鏡用于神經(jīng)元成像，而1997年在Svoboda測(cè)量完整老鼠大腦的錐體神經(jīng)元的感官刺激誘導(dǎo)樹(shù)突鈣離子動(dòng)態(tài)后，雙光子顯微鏡的潛能開(kāi)始完全凸顯。值得一提的是，霍華德·休斯醫(yī)學(xué)院Svoboda實(shí)驗(yàn)室和Thorlabs在2016年合作推出了一種強(qiáng)大的多光子介觀顯微鏡，其成像視場(chǎng)達(dá)到5毫米，能夠跨多個(gè)腦區(qū)進(jìn)行高速功能成像。根據(jù)清華大學(xué)單一采購(gòu)來(lái)源的**指導(dǎo)意見(jiàn)：這種顯微鏡的視場(chǎng)是普通雙光子顯微鏡的10倍。30年來(lái)，雙光子顯微鏡已成為較厚生物組織三維成像中不可或缺的工具。從雙光子到三光子甚至四光子，這種非線性成像技術(shù)通常也被統(tǒng)稱為多光子顯微鏡。下圖統(tǒng)計(jì)了自1990年以來(lái)每年發(fā)表的多光子顯微鏡文章數(shù)量，發(fā)展速度可見(jiàn)一斑。雙光子顯微鏡為什么穿透能力強(qiáng)?美國(guó)熒光激光雙光子顯微鏡原理

新一代微型化雙光子熒光顯微成像系統(tǒng)的成功研制是國(guó)家重大科研儀器研制專項(xiàng)的一個(gè)碩果。它彰顯了北京大學(xué)在生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域先期布局的前瞻性，鍛煉了一支以年輕PI和碩博研究生為主體、具有學(xué)科交叉背景和重要技術(shù)創(chuàng)新能力的“中國(guó)智造”隊(duì)伍。目前，該研發(fā)團(tuán)隊(duì)正在領(lǐng)銜建設(shè)“多模態(tài)跨尺度生物醫(yī)學(xué)成像”十三五國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，積極參與即將啟動(dòng)的中國(guó)腦科學(xué)計(jì)劃。可以期待，微型化雙光子熒光顯微成像系統(tǒng)將為實(shí)現(xiàn)“分析腦、理解腦、模仿腦”的戰(zhàn)略目標(biāo)發(fā)揮不可或缺的重要作用美國(guó)investigator雙光子顯微鏡掃描深度雙光子顯微鏡使用的是高能量鎖模脈沖器。

首先我們來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下激光掃描共聚焦和雙光子這兩種當(dāng)紅的顯微成像技術(shù)。激光掃描共聚焦顯微技術(shù)，是熒光顯微成像的一種，用于激發(fā)樣品的熒光信號(hào)并對(duì)其放大成像。在激光掃描共聚焦顯微鏡中，樣品焦平面上每一時(shí)刻只有一個(gè)點(diǎn)被激發(fā)光照射，縱然焦平面外也有激發(fā)光照射，但通過(guò)探測(cè)器前的（pinhole），有焦平面上的熒光信號(hào)能被探測(cè)器接收。也就是說(shuō)，每個(gè)時(shí)刻，只有焦平面上一個(gè)點(diǎn)的信號(hào)被探測(cè)。通過(guò)點(diǎn)掃描的方式，一個(gè)個(gè)點(diǎn)的信號(hào)就可以組合出終的圖像。雙光子顯微鏡（包括多光子顯微鏡）同樣采用點(diǎn)掃描的方式得到圖像。不同的是，其采用的激發(fā)光波長(zhǎng)較長(zhǎng)，只有當(dāng)兩個(gè)（或更多）激發(fā)光光子幾乎同時(shí)轟擊熒光探針的時(shí)候才可能激發(fā)出熒光信號(hào)。所以只有在光子密度特別大的焦點(diǎn)，出才會(huì)激發(fā)出熒光。也就是說(shuō)，雙光子顯微鏡中，同樣每個(gè)時(shí)刻只有焦平面上一個(gè)點(diǎn)的信號(hào)被探測(cè)，并且連焦平面外的熒光信號(hào)也不會(huì)有。

細(xì)胞內(nèi)鈣離子作為重要的信號(hào)分子其作用具有時(shí)間性和空間性。當(dāng)個(gè)細(xì)胞興奮時(shí)，產(chǎn)生了一個(gè)電沖動(dòng)，此時(shí)，細(xì)胞外的鈣離子流入該細(xì)胞內(nèi)，促使該細(xì)胞分泌神經(jīng)遞質(zhì)，神經(jīng)遞質(zhì)與相鄰的下一級(jí)神經(jīng)細(xì)胞膜上的蛋白分子結(jié)合，促使這一級(jí)神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生新的電沖動(dòng)。以此類(lèi)推，神經(jīng)信號(hào)便一級(jí)一級(jí)地傳遞下去，從而構(gòu)成復(fù)雜的信號(hào)體系，終形成學(xué)習(xí)、記憶等大腦的高級(jí)功能。在哺乳動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)中，鈣離子同樣扮演著重要的信號(hào)分子的角色。靜息狀態(tài)下大部分神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度約為50-100nM，而細(xì)胞興奮時(shí)鈣離子濃度能瞬間上升10-100倍，增加的鈣離子對(duì)于突觸囊泡胞吐釋放神經(jīng)遞質(zhì)的過(guò)程必不可少。眾所周知，只有游離鈣才具有生物學(xué)活性，而細(xì)胞質(zhì)內(nèi)鈣離子濃度由鈣離子的內(nèi)外流平衡所決定，同時(shí)也受鈣結(jié)合蛋白的影響。細(xì)胞外鈣離子內(nèi)流的方式有很多種，其中包括電壓門(mén)控鈣離子通道、離子型谷氨酰胺受體、煙堿型膽堿能受體（nAChR）和瞬時(shí)受體電位C型通道（TRPC）等。神經(jīng)元鈣成像的原理就是利用特殊的熒光染料或鈣離子指示劑將神經(jīng)元中鈣離子濃度的變化通過(guò)熒光強(qiáng)度表現(xiàn)出來(lái)，以反映神經(jīng)元活性。該方法可以同時(shí)觀察多個(gè)功能或位置相關(guān)的腦細(xì)胞。這種雙光子顯微鏡的視場(chǎng)是普通顯微鏡的10倍。

實(shí)驗(yàn)從理論和實(shí)驗(yàn)上評(píng)估了多焦點(diǎn)v2PE顯微鏡的空間分辨率，并與單光子熒光顯微鏡進(jìn)行了對(duì)比，實(shí)驗(yàn)中v2PE的激發(fā)波長(zhǎng)為521 nm，使用放大倍率為100倍的物鏡，尺寸為0.6AU，對(duì)直徑100nm的熒光顆粒進(jìn)行了測(cè)試性成像，共獲得40幅不同采樣深度的圖像合成為三維圖像。圖像在橫向和縱向的半高全寬分別是177 nm和297 nm，這些值接近顯微鏡的理論分辨率。后續(xù)還利用軟件模擬從理論上研究了多焦點(diǎn)v2PE顯微技術(shù)的空間分辨率，模擬計(jì)算顯示v2PE點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(PSF)的橫向半高寬與單光子激發(fā)熒光(1PE)相似，軸向的半高寬較1PE減少，可以提高空間分辨率。雙光子顯微鏡中，同樣每個(gè)時(shí)刻只有焦平面上一個(gè)點(diǎn)的信號(hào)被探測(cè)，并且連焦平面外的熒光信號(hào)也不會(huì)有。美國(guó)熒光激光雙光子顯微鏡原理

雙光子顯微鏡可以精確穿透較厚標(biāo)本進(jìn)行定點(diǎn)、有生命體的觀察！美國(guó)熒光激光雙光子顯微鏡原理

儀器儀表行業(yè)本身是一個(gè)加入，產(chǎn)出周期較長(zhǎng)的行業(yè)，所以作為業(yè)內(nèi)廠家，一方面要尋找中、短期市場(chǎng)熱點(diǎn)，另一方面也要在產(chǎn)品、技術(shù)研發(fā)方面有長(zhǎng)遠(yuǎn)的規(guī)劃;目前，nVista，nVoke，3D bioplotte，invivo等產(chǎn)品的產(chǎn)量居世界前列，實(shí)驗(yàn)分析儀器等中產(chǎn)品的市場(chǎng)占比不斷上升，行業(yè)技術(shù)上總體已達(dá)到的中等國(guó)際水平，少數(shù)產(chǎn)品接近或達(dá)到當(dāng)前較高國(guó)際水平。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中，生物科技，醫(yī)藥科技領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)開(kāi)發(fā)、技術(shù)咨詢、技術(shù)服務(wù)、技術(shù)轉(zhuǎn)讓，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療器械、計(jì)算機(jī)、軟件及輔助設(shè)備銷(xiāo)售，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理，貨物及技術(shù)進(jìn)出口業(yè)務(wù)。 成像平臺(tái)： 1. Inscopix自由活動(dòng)超微顯微成像系統(tǒng) 2. DiveScope多通道內(nèi)窺鏡系統(tǒng) 3. 雙光子顯微鏡 動(dòng)物行為學(xué)平臺(tái)： 1. PiezoSleep無(wú)創(chuàng)睡眠檢測(cè)系統(tǒng) 2. 自身給藥、條件恐懼、斯金納、睡眠剝奪、跑步機(jī)、各類(lèi)經(jīng)典迷宮等 神經(jīng)電生理： 1.NeuroNexus神經(jīng)電極 2.多通道電生理信號(hào)采集系統(tǒng) 3.膜片鉗系統(tǒng) 4.AO功能神經(jīng)外科臨床電生理平臺(tái) 顯微細(xì)胞： 1. UnipicK單細(xì)胞挑選及顯微切割系統(tǒng) 科研/臨床級(jí)3D打印 1. 德國(guó)envisionTEC 3D Bioplotter生物打印機(jī) 2. 韓國(guó)Invivo醫(yī)療級(jí)生物打印機(jī)等。等設(shè)備是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的倍增器，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有著巨大的作用和影響力。美國(guó)商業(yè)部地區(qū)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)研究院（NIST）提出的報(bào)告稱：美國(guó)90年代儀器儀表工業(yè)產(chǎn)值只占工業(yè)總產(chǎn)值的4%，但它對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)（GNP）的影響面卻達(dá)到66%。盡管在我國(guó)相關(guān)政策的引導(dǎo)和支持下，我國(guó)儀器儀表行業(yè)得到了飛速發(fā)展。但是從銷(xiāo)售整體上看，我國(guó)的儀器儀表行業(yè)還是落后于國(guó)際水平的。重點(diǎn)技術(shù)缺乏、高精尖產(chǎn)品嚴(yán)重依賴進(jìn)口、儀器儀表產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重、生產(chǎn)工藝落后、研發(fā)能力弱、精度不高等問(wèn)題的凸顯，為儀器儀表行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。美國(guó)熒光激光雙光子顯微鏡原理