在高光子密度的情況下,熒光分子可以同時吸收兩個長波長的光子,然后發(fā)射出一個波長較短的光子,其效果和使用一個波長為長波長一半的光子去激發(fā)熒光分子是相同的(如下圖)。如煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH),在單光子激發(fā)時,在波長為350nm光的激發(fā)下發(fā)出450nm熒光;而在雙光子激發(fā)時,可采用750nm的激發(fā)光得到450nm熒光。由于雙光子激發(fā)需要很高的光子密度,為了不損傷細胞,雙光子顯微鏡使用高能量鎖模脈沖激光器。這種激光器發(fā)出的激光具有很高的峰值能量和很低的平均能量,從而可以減少光漂白和光毒性帶來的不利影響。雙光子顯微鏡除了可以進行厚的組織樣品拍攝以外呢,可以在小鼠的的任何部位進行成像。進口熒光雙光子顯微鏡磷光壽命計數
配合雙光子激發(fā)技術,激光共聚掃描顯微鏡則能更好得發(fā)揮功效。那么,什么是雙光子激發(fā)技術呢?在高光子密度的情況下,熒光分子可以同時吸收2個長波長的光子使電子躍遷到較高能級,經過一個很短的時間后,電子再躍遷回低能級同時放出一個波長為長波長一半的光子(P=h/λ)。利用這個原理,便誕生了雙光子激發(fā)技術。雙光子顯微鏡使用長波長脈沖激光,通過物鏡匯聚,由于雙光子激發(fā)需要很高的光子密度,而物鏡焦點處的光子密度是比較高的,所以只有在焦點處才能發(fā)生雙光子激發(fā),產生熒光,該點產生的熒光再次穿過物鏡,被光探頭接收,從而達到逐點掃描的效果。國外ultima2PPLUS雙光子顯微鏡的成像視野雙光子顯微鏡的探測器,該怎么選用?
新一代微型化雙光子熒光顯微鏡體積小,重只2.2克,適于佩戴在小動物頭部顱窗上,實時記錄數十個神經元、上千個神經突觸的動態(tài)信號。在大型動物上,還可望實現多探頭佩戴、多顱窗不同腦區(qū)的長時程觀測。相比單光子激發(fā),雙光子激發(fā)具有良好的光學斷層、更深的生物組織穿透等優(yōu)勢,其橫向分辨率達到0.65μm,成像質量與商品化大型臺式雙光子熒光顯微鏡可相媲美,遠優(yōu)于目前領域內主導的、美國腦科學計劃重要團隊所研發(fā)的微型化寬場顯微鏡。采用雙軸對稱高速微機電系統(tǒng)轉鏡掃描技術,成像幀頻已達40Hz(256*256像素),同時具備多區(qū)域隨機掃描和每秒1萬線的線掃描能力。此外,采用自主設計可傳導920nm飛秒激光的光子晶體光纖,該系統(tǒng)實現了微型雙光子顯微鏡對腦科學領域較廣泛應用的指示神經元活動的熒光探針(如GCaMP6)的有效利用。同時采用柔性光纖束進行熒光信號的接收,解決了動物的活動和行為由于熒光傳輸光纜拖拽而受到干擾的難題。未來,與光遺傳學技術的結合,可望在結構與功能成像的同時,精細地操控神經元和神經回路的活動。
1990年初,當WinfriedDenk剛從康奈爾大學博士畢業(yè)準備前往瑞士讀博后時,他看了一本關于激光掃描顯微鏡的書,從中了解到非線性光學效應——強光和物質的相互作用。當時,Denk有同事研究生物樣品中的鈣離子但苦于沒有強大的紫外激光器和光學元件,于是他就想到如果使用雙光子吸收就能夠繞開紫外,換言之,與其通過一個紫外光子激發(fā)標記的鈣離子,通過兩個雙倍波長的可見光光子也能激發(fā)相同的熒光。有了想法后馬上實驗。借了一套染料飛秒激光器,Denk聯合他的導師WattWebb及其博士生JamesStrickler只用六個小時就完成了實驗搭建,采集數據則用了兩到三天,于是一篇里程碑式的文章就此誕生了。雙光子顯微鏡觀察到的現象證明了鈣離子的增加依賴于肌體觸發(fā)的鈉離子作用電勢。
首先我們來簡單介紹一下激光掃描共聚焦和雙光子這兩種當紅的顯微成像技術。激光掃描共聚焦顯微技術,是熒光顯微成像的一種,用于激發(fā)樣品的熒光信號并對其放大成像。在激光掃描共聚焦顯微鏡中,樣品焦平面上每一時刻只有一個點被激發(fā)光照射,縱然焦平面外也有激發(fā)光照射,但通過探測器前的(pinhole),有焦平面上的熒光信號能被探測器接收。也就是說,每個時刻,只有焦平面上一個點的信號被探測。通過點掃描的方式,一個個點的信號就可以組合出終的圖像。雙光子顯微鏡(包括多光子顯微鏡)同樣采用點掃描的方式得到圖像。不同的是,其采用的激發(fā)光波長較長,只有當兩個(或更多)激發(fā)光光子幾乎同時轟擊熒光探針的時候才可能激發(fā)出熒光信號。所以只有在光子密度特別大的焦點,出才會激發(fā)出熒光。也就是說,雙光子顯微鏡中,同樣每個時刻只有焦平面上一個點的信號被探測,并且連焦平面外的熒光信號也不會有。由于其非侵入性和高分辨率的特點,雙光子顯微鏡成為了研究神經科學、ai癥研究、免疫學等領域的重要工具。國外2PPLUS雙光子顯微鏡廠家電話
雙光子顯微鏡使用高能量鎖模脈沖器。進口熒光雙光子顯微鏡磷光壽命計數
相比普通的顯微鏡電子顯微鏡可以觀察尺度更小的東西,冷凍電鏡更是可以觀察有活性的生物大分子,而雙光子顯微鏡有什么優(yōu)勢呢?它能做到什么普通光學顯微鏡做不到的事情嗎?原來,雙光子顯微鏡可以精確穿透較厚標本進行定點、***觀察!由于電磁波的波長越短,粒子性越強,受散射影響也就越大。雙光子顯微鏡將激發(fā)光源改為長波長激光,在增加了激光的穿透性的同時還減少了對細胞的毒性。除此之外,因為只有物鏡焦點處能發(fā)生雙光子激發(fā)效應,所以掃描的精確度極高,也能提高激發(fā)光效率,減少被掃描點之外的熒光物質消耗。進口熒光雙光子顯微鏡磷光壽命計數