因斯蔻浦(上海)生物科技有限公司
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在体多光子显微镜三维分辨率

时间:2025年01月15日 来源:因斯蔻浦(上海)生物科技有限公司

根据阿贝成像原理,许多光学成像系统是一个低通滤波器,物平面包含从低频到高频的信息,透镜口径会限制高频信息通过,只允许一定的低频通过,因此丢失了高频信息会使成像所得图像的细节变模糊,降低分辨率。对于三维成像来说,宽场照明时得到的信息不仅包含物镜焦平面上样品的部分信息,同时还包含焦平面外的样品信息。由于受到焦平面外的信息干扰,常规荧光显微镜无法获得层析图像。三维结构光照明显微镜能够提高分辨率、获得层析图像,是因为利用特定结构的照明光能引入样品的高频信息,当结构光的空间频率足够高时,只有靠近焦面的部分才能被结构光调制,超出这一区域,逐渐转变为均匀照明,也就是只有焦面附近的有限区域具有相对完整的频谱信息,离焦后,高频信息迅速衰减,所以使用高频结构光照明可以区分焦面和离焦区域来获得层析图像。然后再通过轴向扫描可以获取样品不同深度的焦面图像,重建样品的三维结构。使用双光子显微镜观察标本的时候,只有在焦平面上才有光漂白和光毒性。在体多光子显微镜三维分辨率

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2020年,JianglaiWu等人提出提高2PM横向扫描速率的装置,称为FACED(free-spaceangular-chirp-enhanceddelay)。圆柱透镜将激光束一维聚焦,会聚角为Δθ。光束进入到一对几乎平行的高反射镜中,其间距为S,偏角为α。经过反射镜多次反射后,激光脉冲被分成多个传播方向不同的子脉冲(N=Δθ/α),脉冲间以2S/c的时间延迟(c,光速)回射。FACED模块输出处的子脉冲序列可以看作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了一个空间上分离且时间延迟的焦点阵列。然后将该模块并入具有高速数据采集系统的标准双光子荧光显微镜中。光源是具有1MHz重复频率的920nm的激光器,通过FACED模块可产生80个脉冲焦点,其脉冲时间间隔为2ns。这些焦点是虚拟源的图像,虚拟源越远,物镜处的光束尺寸越大,焦点越小。光束沿y轴比x轴能更好地充满物镜,从而导致x轴的横向分辨率为0.82µm,y轴的横向分辨率为0.35µm。模块化多光子显微镜单分子成像定位生产和消费的角度分析多光子显微镜的主要生产地区、主要消费地区以及主要的生产商。

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某种物质能产生荧光,首要条件是分子必须具有吸收的结构,即生色团(分子中具有吸收特征频率的光能的基团)。其次,该物质必须具有一定的量子产率和适宣的环境。我们把分子中发射荧光的基团称为荧光团。荧光团一定是生色团,但生色团不一定是荧光团。因为,如果生色团的量子产率等于零,就不能发射出荧光,处于激发态的分子,可以由许多方式(如热,碰撞)把能量释放出来,发射荧光只是其中的一种方式。此外,一种物质吸收光的能力及量子产率又与物质所处的环境密切相关。

双光子荧光显微成像主要有以下优点∶a.光损伤小∶双光子荧光显微镜使用可见光或近红外光作为激发光,对细胞和组织的光损伤很小,适合于长时间的研究;b.穿透能力强∶相对于紫外光,可见光或近红外光具有很强的穿透性,可以对生物样品进行深层次的研究;c.高分辨率∶由于双光子吸收截面很小P,只有在焦平面很小的区域内可以激发出荧光,双光子吸收局限于焦点处的体积约为λ范围内;d.漂白区域很小,焦点以外不发生漂白现象。e.荧光收集率高。与共聚焦成像相比,双光子成像不需要光学滤波器,提高了荧光收集率。收集效率提高直接导致图像对比度提高。f.对探测光路的要求低。由于激发光与发射荧光的波长差值加大以及自发的三维滤波效果,多光子显微镜对光路收集系统的要求比单光子共焦显微镜低得多,光学系统相对简单。g.适合多标记复合测量。许多染料荧光探针的多光子激发光谱要比单光子激发谱宽阔,这样,可以利用单一波长的激发光同时激发多种染料,从而得到同一生命现象中的不同信息,便于相互对照、补充。多光子共聚焦扫描显微镜比双光子共聚焦扫描显微镜具有更高的空间分辨率。

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光学成像技术与分子生物学技术的结合为研究上述科学问题提供了条件与可能。因此,在现代分子生物学技术基础上,急需发展新的成像技术。在动物体内,如何实现基因表达及蛋白质之间相五作用的实时在体成像监测是当前迫切需要解决的重大科学技术问题。这是也生物学、信息科学(光学)和基础临床医学等学科共同感兴趣的重大问题。对这-一一科学问题的研究不仅有助于阐明生命活动的基本规律、认识疾病的发展规律,而且对创新药物研究、药物疗效评价以及发展疾病早期诊断技术等产生重大影响。多光子显微镜的大多数补偿器都采用棱镜。美国布鲁克多光子显微镜成像区域

多光子显微镜适用于动物大脑皮层深层(400微米)细胞的形态、生理学研究。在体多光子显微镜三维分辨率

双光子显微镜工作原理是将超快的红外激光脉冲传输到样品中,在样品中与组织或荧光标记相互作用,这些组织或荧光标记发出用于创建图像的信号。双光子显微镜被多用于生物学研究,因为它能够产生高分辨率的3-D图像,深度达1毫米。然而,这些优点带来了有限的成像速度,因为微光条件需要逐点图像采集和重建的点检测器。为了加快成像速度,科学家之前开发了一种多焦点激光照明方法,该方法使用数字微镜设备(DMD),这是一种通常用于投影仪的低成本光扫描仪。此前人们认为这些DMD不能与超快激光一起工作。然而现在解决了这个问题,这使得DMD在超快激光应用中得以应用,这些应用包括光束整形、脉冲整形、快速扫描和双光子成像。DMD在样品内随机选择的位置上产生5到30点聚焦激光。在体多光子显微镜三维分辨率

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