飛秒激光多光子顯微鏡成像深度

快速光柵掃描有多種實(shí)現(xiàn)方式，使用振鏡進(jìn)行快速2D掃描，將振鏡和可調(diào)電動(dòng)透鏡結(jié)合在一起進(jìn)行快速3D掃描，但可調(diào)電動(dòng)透鏡由于機(jī)械慣性的限制在軸向無(wú)法快速進(jìn)行焦點(diǎn)切換，影響成像速度，現(xiàn)可使用空間光調(diào)制器（SLM）代替。遠(yuǎn)程聚焦也是一種實(shí)現(xiàn)3D成像的手段，如圖2所示。在LSU模塊中，掃描振鏡進(jìn)行橫向掃描，ASU模塊包括物鏡L1和反射鏡M，通過(guò)調(diào)控M的位置實(shí)現(xiàn)軸向掃描。該技術(shù)不僅可以校正主物鏡L2引入的光學(xué)像差，還可以進(jìn)行快速的軸向掃描。想要獲得更多神經(jīng)元成像，可以通過(guò)調(diào)整顯微鏡的物鏡設(shè)計(jì)來(lái)擴(kuò)大FOV，但是具有大NA和大FOV的物鏡通常重量較大，無(wú)法快速移動(dòng)以進(jìn)行快速軸向掃描，因此大型FOV系統(tǒng)依賴于遠(yuǎn)程聚焦、SLM和可調(diào)電動(dòng)透鏡。點(diǎn)掃描多光子顯微鏡可以深入樣本并捕捉高質(zhì)量的圖像，但這個(gè)過(guò)程極其緩慢，因?yàn)閳D像是一次形成一個(gè)點(diǎn)。飛秒激光多光子顯微鏡成像深度

多光子激發(fā)掃描顯微成像系統(tǒng)的不足。只能對(duì)熒光成像。如果樣品包括能夠吸收激發(fā)光的色團(tuán)，如色素，樣品可能受到熱損傷。分辨率略有降低，雖然可以通過(guò)同時(shí)利用共焦的小孔得到改善，但是信號(hào)會(huì)有損耗。受昂貴的超快激光器限制，多光子掃描顯微鏡的成本較高。多光子激發(fā)顯微鏡應(yīng)用舉例。動(dòng)物和腦片神經(jīng)細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能、動(dòng)物腦皮層的成像、胚胎發(fā)育過(guò)程的長(zhǎng)時(shí)間動(dòng)態(tài)觀測(cè)、多光子激發(fā)光解籠、細(xì)胞內(nèi)微區(qū)鈣動(dòng)力學(xué)、多光子激發(fā)自發(fā)熒光、其它應(yīng)用。飛秒激光多光子顯微鏡成像深度多光子顯微鏡市場(chǎng)集中，由于投產(chǎn)生產(chǎn)的成本較高，技術(shù)難度大，目前涌現(xiàn)的新企業(yè)不多。

使用MPM對(duì)神經(jīng)元進(jìn)行成像時(shí)，通過(guò)隨機(jī)訪問掃描—即激光束在整個(gè)視場(chǎng)上的任意選定點(diǎn)上進(jìn)行快速掃描—可以只掃描感興趣的神經(jīng)元，這樣不僅避免掃描到任何未標(biāo)記的神經(jīng)纖維，還可以優(yōu)化激光束的掃描時(shí)間。隨機(jī)訪問掃描可以通過(guò)聲光偏轉(zhuǎn)器（AOD）來(lái)實(shí)現(xiàn)，其原理是將具有一個(gè)射頻信號(hào)的壓電傳感器粘在合適的晶體上，所產(chǎn)生的聲波引起周期性的折射率光柵，激光束通過(guò)光柵時(shí)發(fā)生衍射。通過(guò)射頻電信號(hào)調(diào)控聲波的強(qiáng)度和頻率從而可以改變衍射光的強(qiáng)度和方向，這樣使用1個(gè)AOD就可以實(shí)現(xiàn)一維橫向的任意點(diǎn)掃描，利用1對(duì)AOD，結(jié)合其他軸向掃描技術(shù)可實(shí)現(xiàn)3D的隨機(jī)訪問掃描。但是該技術(shù)對(duì)樣本的運(yùn)動(dòng)很敏感，易出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)偽影。目前，快速光柵掃描即在FOV中進(jìn)行逐行掃描，由于利用算法可以輕松解決運(yùn)動(dòng)偽影而被普遍的使用。

    多光子顯微優(yōu)點(diǎn)：☆光損傷?。河捎陔p光子顯微鏡使用的是可見光或近紅外光作為激發(fā)光源，這一波段的光對(duì)細(xì)胞和組織的光損傷小，適用于長(zhǎng)時(shí)間的研究；☆穿透能力強(qiáng)：相對(duì)于紫外光，可見光和近紅外光都具有更強(qiáng)的穿透能力，因而受生物組織散射的影響更小，解決對(duì)生物組織中深層物質(zhì)的層析成像研究問題；☆高分辨率：由于雙光子吸收截面很小，只有在焦平面很小的區(qū)域內(nèi)可以激發(fā)出熒光，雙光子吸收*局限于焦點(diǎn)處的體積約為波長(zhǎng)3次方的范圍內(nèi)；☆漂白區(qū)域?。河捎诩ぐl(fā)只存在于交點(diǎn)處，所以焦點(diǎn)以外的區(qū)域都不會(huì)發(fā)生光漂白現(xiàn)象；☆熒光收集率高：與共聚焦成像相比，雙光子成像不需要光學(xué)濾波器，這樣就提高了對(duì)熒光的收集率，而收集率的提高直接導(dǎo)致圖像對(duì)比度的提高；☆圖像對(duì)比度高：由于熒光波長(zhǎng)小于入射波長(zhǎng)，因而瑞利散射產(chǎn)生的背景噪聲只有單光子激發(fā)時(shí)的1/16，降低了散射的干擾；☆光子躍遷具有很強(qiáng)的選擇激發(fā)性，所以可以對(duì)生物組織中一些特殊物質(zhì)進(jìn)行成像研究；☆避免組織自發(fā)熒光的干擾，獲得較強(qiáng)的樣品熒光：生物組織中的自發(fā)熒光物質(zhì)的激發(fā)波長(zhǎng)一般在350~560nm范圍內(nèi)，采用近紅外或紅外波段的激光作為光源，能**降低生物組織對(duì)激發(fā)光吸收。 雙光子顯微鏡采用長(zhǎng)波長(zhǎng)激發(fā)。

當(dāng)激光光束焦點(diǎn)的位置在鏡面上，此時(shí)被反射的激光在無(wú)限空間中成為準(zhǔn)直光束，并在OBJ2的焦平面上形成了一個(gè)激光光斑。同理，如果橫向掃描光束，則會(huì)形成遠(yuǎn)離傾斜鏡鏡面的焦點(diǎn)，這又導(dǎo)致返回的光束會(huì)聚或發(fā)散，進(jìn)而OBJ2能在軸向不同位置形成焦點(diǎn)，通過(guò)這種方式即能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的軸向掃描。對(duì)于較小的傾斜角，聚焦沒有球差。該組在實(shí)驗(yàn)中表征了這種將橫向掃描轉(zhuǎn)換為軸向掃描技術(shù)的光學(xué)性能，并使用它將光片顯微鏡的成像速度提升了一個(gè)數(shù)量級(jí)，從而可以在三個(gè)維度上量化快速的囊泡動(dòng)力學(xué)。該組還演示了使用雙光子光柵掃描顯微鏡以12 kHz進(jìn)行共振遠(yuǎn)程聚焦，該技術(shù)可對(duì)大腦組織和斑馬魚心臟動(dòng)力學(xué)進(jìn)行快速成像，并具有衍射極限的分辨率。 多光子顯微鏡已經(jīng)被生物學(xué)家普遍的運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)中。模塊化多光子顯微鏡Ultima 2P Plus

從產(chǎn)品類型及技術(shù)方面來(lái)看，正置顯微鏡占據(jù)絕大多數(shù)市場(chǎng)。飛秒激光多光子顯微鏡成像深度

由于在重大工程、工業(yè)裝備和質(zhì)量保證、基礎(chǔ)科研中，儀器儀表都是必不可少的基礎(chǔ)技術(shù)和裝備重點(diǎn)，除傳統(tǒng)領(lǐng)域的需求外，新興的智能制造、離散自動(dòng)化、生命科學(xué)、新能源、海洋工程、軌道交通等領(lǐng)域也會(huì)產(chǎn)生巨大需求。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%?！盎ヂ?lián)網(wǎng)＋”、大數(shù)據(jù)、020、萬(wàn)物互聯(lián)網(wǎng)、P2P、分享經(jīng)濟(jì)等熱門詞匯的出現(xiàn)，各個(gè)行業(yè)制定相應(yīng)的措施來(lái)順應(yīng)時(shí)代的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，以爭(zhēng)取更大的發(fā)展市場(chǎng)。而互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)也為儀器儀表行業(yè)參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)提供了機(jī)會(huì)，有利于銷售企業(yè)實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新升級(jí)。飛秒激光多光子顯微鏡成像深度