n摻雜可以明顯影響碳點(diǎn)(CDs)的發(fā)射和激發(fā)特性,使雙光子碳點(diǎn)(TP-CDs)具有本征雙光子激發(fā)特性和605nm紅光發(fā)射特性。在638nm激光的照射下,除了長(zhǎng)波激發(fā)和發(fā)射外,還能產(chǎn)生活性氧,這為光動(dòng)力技術(shù)提供了極大的可能性。更重要的是,各種表征和理論模擬證實(shí)了摻雜誘導(dǎo)的N雜環(huán)在TP-CDs與RNA的親和力中起著關(guān)鍵作用。這種親和力不僅可以實(shí)現(xiàn)核仁特異性的自我靶向,還可以通過ROS斷裂RNA鏈來解離TP-CDs@RNA復(fù)合物,從而在治療過程中產(chǎn)生熒光變化。TP-CDs結(jié)合了ROS產(chǎn)生的能力、PDT過程中的熒光變化、長(zhǎng)波激發(fā)和發(fā)射特性以及核仁特異性自靶向性,因此可以認(rèn)為是一種實(shí)時(shí)處理核仁動(dòng)態(tài)變化的...
光學(xué)顯微鏡從1590年發(fā)明以來,不斷發(fā)展,促進(jìn)生命科學(xué)日新月異的發(fā)現(xiàn),幫助人類逐層打開生命本質(zhì)的大門。同時(shí),生命科學(xué)的發(fā)展不斷給光學(xué)顯微鏡提出新的要求,促使成像理論和技術(shù)持續(xù)更新迭代??茖W(xué)進(jìn)入21世紀(jì),人們已經(jīng)不滿足于在體外研究細(xì)胞和組織,需要能夠更真實(shí)地探索生命,在體內(nèi)實(shí)時(shí)觀察細(xì)胞的發(fā)生和變化。此時(shí),雙光子顯微鏡進(jìn)入了科學(xué)家的視野。在高光子密度的情況下,熒光分子可以同時(shí)吸收兩個(gè)長(zhǎng)波長(zhǎng)的光子,然后發(fā)射出一個(gè)波長(zhǎng)較短的光子,其效果和使用一個(gè)波長(zhǎng)為長(zhǎng)波長(zhǎng)一半的光子去激發(fā)熒光分子是相同的(圖1)。如煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH),在單光子激發(fā)時(shí),在波長(zhǎng)為350nm光的激發(fā)下發(fā)出450nm熒光;而在...
雙光子顯微成像技術(shù)不是什么新技術(shù),早在20多年前就有了,目前已經(jīng)在生命科學(xué)和材料科學(xué)中廣泛應(yīng)用。幾年前雙光子過期后,已經(jīng)推出自己的雙光子顯微鏡的廠家估計(jì)不少于10家以上。即便如此,世界上很多實(shí)驗(yàn)室都搭雙光子,自己搭的好處有很多,首先是便宜,尤其是實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)有飛秒激光器,那就更很省錢了。其次是靈活,可以選擇針對(duì)特殊用途的搭配,改動(dòng)也靈活。好處就是可以鍛煉隊(duì)伍,一趟走下來可以把新手帶出來,后期維護(hù)也更加自由。當(dāng)然壞處也不少,首先是操心,特別是第1次搭的時(shí)候,開始要想方案,后來要解決各種實(shí)際問題。其次是花時(shí)間,加上買配件的時(shí)間,比買一臺(tái)現(xiàn)成的商業(yè)化雙光子耗時(shí)長(zhǎng)?,F(xiàn)在已經(jīng)有不少關(guān)于如何搭雙光子顯微鏡的...
雙光子顯微鏡的優(yōu)勢(shì):在深度組織中以較長(zhǎng)時(shí)間對(duì)活細(xì)胞成像,雙光子顯微鏡是當(dāng)前之選。雙光子和共聚焦顯微鏡都是通過激光激發(fā)樣品中的熒光標(biāo)記,使用探測(cè)器測(cè)量被激發(fā)的熒光。但是,共聚焦一般使用單模光纖耦合激光器,通過單光子激發(fā)熒光,而雙光子使用飛秒激光器,通過幾乎同時(shí)吸收兩個(gè)長(zhǎng)波光子激發(fā)熒光。下面是兩種技術(shù)的對(duì)比圖。雙光子激發(fā)熒光的主要優(yōu)勢(shì):雙光子比共聚焦使用的更長(zhǎng)的波長(zhǎng),所以對(duì)組織的損傷更小且穿透更深。共聚焦的成像深度一般為100微米,雙光子則能達(dá)到250到500微米,甚至超過1毫米。另外,同時(shí)吸收兩個(gè)光子意味只有較強(qiáng)度聚焦點(diǎn)處能被激發(fā),所以不會(huì)損傷焦平面之外的組織,并且生成更清晰的圖像。用雙光子顯微...
而配合了雙光子激發(fā)技術(shù),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(shù)呢?在高光子密度的情況下,熒光分子可以同時(shí)吸收2個(gè)長(zhǎng)波長(zhǎng)的光子使電子躍遷到較高能級(jí),經(jīng)過一個(gè)很短的時(shí)間后,電子再躍遷回低能級(jí)同時(shí)放出一個(gè)波長(zhǎng)為長(zhǎng)波長(zhǎng)一半的光子(P=h/λ)。利用這個(gè)原理,便誕生了雙光子激發(fā)技術(shù)。雙光子顯微鏡使用長(zhǎng)波長(zhǎng)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(diǎn)處的光子密度是比較高的,所以只有在焦點(diǎn)處才能發(fā)生雙光子激發(fā),產(chǎn)生熒光,該點(diǎn)產(chǎn)生的熒光再穿過物鏡,被光探頭接收,從而達(dá)到逐點(diǎn)掃描的效果。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...
雙光子顯微鏡的優(yōu)勢(shì)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(shì)呢?它能做到什么普通光學(xué)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(biāo)本進(jìn)行定點(diǎn)、觀察!由于電磁波的波長(zhǎng)越短,粒子性越強(qiáng),受散射影響也就越大。雙光子顯微鏡將激發(fā)光源改為長(zhǎng)波長(zhǎng)激光,在增加了激光的穿透性的同時(shí)還減少了對(duì)細(xì)胞的毒性。除此之外,因?yàn)橹挥形镧R焦點(diǎn)處能發(fā)生雙光子激發(fā)效應(yīng),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(diǎn)之外的熒光物質(zhì)消耗。雙光子顯微鏡可以在小鼠的的任何部位進(jìn)行有生命體成像。進(jìn)口ultimainvestigator雙光子顯微鏡...
隨著技術(shù)的發(fā)展,雙光子顯微鏡的性能得到不斷地優(yōu)化,結(jié)合它的特點(diǎn),大致可以分成深和活兩個(gè)方面的提升。要想讓激發(fā)激光進(jìn)入更深的層面,大致可從兩個(gè)方面入手,裝置優(yōu)化與標(biāo)本改造。關(guān)于裝置優(yōu)化,我們可以把激光束變得更細(xì),使能量更加集中,就能讓激光穿透更深。關(guān)于標(biāo)本,其中影響光傳播的主要是物質(zhì)吸收和散射,解決這個(gè)問題,我們需要對(duì)樣本進(jìn)行透明化處理。一種方法是運(yùn)用某種物質(zhì)將標(biāo)本浸泡,使其中的物質(zhì)(主要是脂質(zhì))被破壞或溶解。另一種方法是運(yùn)用電泳將脂質(zhì)電解,讓標(biāo)本的“透明度”得到提高。優(yōu)勢(shì)來源于其雙光子光源的非線性光學(xué)效應(yīng)。國內(nèi)ultima2PPLUS雙光子顯微鏡供應(yīng)商在國家自然科學(xué)基金委國家重大科研儀器研制專...
雙光子熒光顯微鏡是結(jié)合了激光掃描共聚焦顯微鏡和雙光子激發(fā)技術(shù)的一種新技術(shù)。雙光子激發(fā)的基本原理是:在高光子密度的情況下,熒光分子可以同時(shí)吸收2個(gè)長(zhǎng)波長(zhǎng)的光子,在經(jīng)過一個(gè)很短的所謂激發(fā)態(tài)壽命的時(shí)間后,發(fā)射出一個(gè)波長(zhǎng)較短的光子;其效果和使用一個(gè)波長(zhǎng)為長(zhǎng)波長(zhǎng)一半的光子去激發(fā)熒光分子是相同的。雙(多)光子成像優(yōu)勢(shì)在于,具有更深的組織穿透深度,利用紅外光,能夠在層面檢測(cè)極限達(dá)1mm的組織區(qū)域;因信號(hào)背景比高,而具有更高的對(duì)比度;因激發(fā)體積小,具有定點(diǎn)激發(fā)的特性,具有更少的光毒性;激發(fā)波長(zhǎng)由紫外、可見光調(diào)整為紅外激發(fā),能夠更加地安全。雙光子顯微鏡在組織透明化成像中應(yīng)用。美國2PPLUS雙光子顯微鏡分辨率是...
雙光子熒光顯微鏡是結(jié)合了激光掃描共聚焦顯微鏡和雙光子激發(fā)技術(shù)的一種新技術(shù)。雙光子激發(fā)的基本原理是:在高光子密度的情況下,熒光分子可以同時(shí)吸收2個(gè)長(zhǎng)波長(zhǎng)的光子,在經(jīng)過一個(gè)很短的所謂激發(fā)態(tài)壽命的時(shí)間后,發(fā)射出一個(gè)波長(zhǎng)較短的光子;其效果和使用一個(gè)波長(zhǎng)為長(zhǎng)波長(zhǎng)一半的光子去激發(fā)熒光分子是相同的。雙(多)光子成像優(yōu)勢(shì)在于,具有更深的組織穿透深度,利用紅外光,能夠在層面檢測(cè)極限達(dá)1mm的組織區(qū)域;因信號(hào)背景比高,而具有更高的對(duì)比度;因激發(fā)體積小,具有定點(diǎn)激發(fā)的特性,具有更少的光毒性;激發(fā)波長(zhǎng)由紫外、可見光調(diào)整為紅外激發(fā),使其能夠更加安全。雙光子顯微鏡不需要共聚焦細(xì)孔,提高了熒光檢測(cè)效率。國外investig...
雙光子熒光顯微鏡是激光掃描共聚焦顯微鏡和雙光子激發(fā)技術(shù)相結(jié)合的新技術(shù)。雙光子激發(fā)的基本原理是:在光子密度較高的情況下,熒光分子可以同時(shí)吸收兩個(gè)波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光子,經(jīng)過短暫的所謂激發(fā)態(tài)壽命后,發(fā)射一個(gè)波長(zhǎng)較短的光子;效果和用波長(zhǎng)為長(zhǎng)波長(zhǎng)一半的光子激發(fā)熒光分子是一樣的。雙(多)光子成像的優(yōu)點(diǎn)是具有更深的組織穿透深度,紅外光可以在平面上探測(cè)到極限為1mm的組織區(qū)域;因?yàn)樾盘?hào)背景比高,所以具有更高的對(duì)比度;由于激發(fā)體積小,具有定點(diǎn)激發(fā)、光毒性小的特點(diǎn);激發(fā)波長(zhǎng)由紫外、可見光調(diào)整為紅外激發(fā),更加安全。雙光子顯微鏡使用的是高能量鎖模脈沖器。美國bruker雙光子顯微鏡廠家電話WinfriedDenk較初使用的...
許多生物醫(yī)學(xué)成像方式,無論是單光子(共聚焦)或多光子(雙光子),都使用激光作為光源,并需要兼容的熒光染料。熒光染料有自己的激發(fā)波長(zhǎng),它們可以被單個(gè)光子以該激發(fā)波長(zhǎng)的光子能量激發(fā)(E=hv=h*c/λ);或者是兩個(gè)幾乎同時(shí)到達(dá)的光子,但每個(gè)光子的能量約為單光子能量的一半,即雙波長(zhǎng)(0.5E->2λ)。前者是單光子顯微鏡原理,后者是雙光子顯微鏡原理。在對(duì)同一種熒光染料進(jìn)行成像時(shí),雙光子與單光子相比可以使用約兩倍波長(zhǎng),因此雙光子的散射較小(波長(zhǎng)較長(zhǎng),散射較小),可以更深入地滲透到組織中。在深度組織中以較長(zhǎng)時(shí)間對(duì)細(xì)胞成像,雙光子顯微鏡是當(dāng)前之選。國內(nèi)熒光雙光子顯微鏡商家通過對(duì)微型光學(xué)系統(tǒng)的重新設(shè)計(jì),F(xiàn)...
雙光子之源:飛秒激光:雙光子吸收理論早在1931年就由諾獎(jiǎng)得主MariaGoeppertMayer提出,30年后因?yàn)橛辛思す獠诺玫綄?shí)驗(yàn)驗(yàn)證,但是到WinfriedDenk發(fā)明雙光子顯微鏡又用了將近30年。要理解雙光子的技術(shù)挑戰(zhàn)和飛秒激光發(fā)揮的重要作用,首先要了解其中的非線性過程。雙光子吸收相當(dāng)于和頻產(chǎn)生非線性過程,這要求極高的電場(chǎng)強(qiáng)度,而電場(chǎng)取決于聚焦光斑大小和激光脈寬。聚焦光斑越小,脈寬越窄,雙光子吸收效率越高。對(duì)于衍射極限顯微鏡,聚焦在樣品上的光斑大小只和物鏡NA和激光波長(zhǎng)有關(guān),所以關(guān)鍵變量只剩下激光脈寬。基于以上分析,能夠以高重頻(100MHz)輸出超短脈沖(100fs量級(jí))的飛秒激光器...
許多生物醫(yī)學(xué)成像方式,無論是單光子(共聚焦)或多光子(雙光子),都使用激光作為光源,并需要兼容的熒光染料。熒光染料有自己的激發(fā)波長(zhǎng),它們可以被單個(gè)光子以該激發(fā)波長(zhǎng)的光子能量激發(fā)(E=hv=h*c/λ);或者是兩個(gè)幾乎同時(shí)到達(dá)的光子,但每個(gè)光子的能量約為單光子能量的一半,即雙波長(zhǎng)(0.5E->2λ)。前者是單光子顯微鏡原理,后者是雙光子顯微鏡原理。在對(duì)同一種熒光染料進(jìn)行成像時(shí),雙光子與單光子相比可以使用約兩倍波長(zhǎng),因此雙光子的散射較小(波長(zhǎng)較長(zhǎng),散射較小),可以更深入地滲透到組織中。雙光子顯微鏡型號(hào)有哪些?國外激光熒光雙光子顯微鏡用途第二代微型化雙光子熒光顯微鏡FHIRM-TPM2.0,其成像視...
通過并行化不同激光波長(zhǎng)的激光掃描,研究人員增加了在相同時(shí)間內(nèi)可以成像的體積,同時(shí)保持了高的時(shí)間和空間分辨率。研究人員通過引入兩種不同波長(zhǎng)的鈣信號(hào)熒光探針,將神經(jīng)元群體的活動(dòng)標(biāo)記為兩種不同的顏色,同時(shí)激發(fā)兩種不同波長(zhǎng)的探針,從而實(shí)現(xiàn)了兩種顏色的并行數(shù)據(jù)記錄。為了實(shí)現(xiàn)三維空間成像,研究人員還在兩個(gè)激光束上配置了快速變焦系統(tǒng),即一個(gè)電透鏡和一個(gè)空間光調(diào)制器。因此,可以以10Hz的速度同時(shí)記錄10個(gè)500微米和500微米的平面,覆蓋600微米的深度,覆蓋大腦皮層第二層到第五層的結(jié)構(gòu),體積內(nèi)可以記錄2000多個(gè)神經(jīng)元。雙光子顯微鏡有哪些應(yīng)用呢?國外2PPLUS雙光子顯微鏡廠家電話雙光子顯微鏡的優(yōu)勢(shì):在深...
TOPTICAFemtoFiberultra920超快光纖激光器是一種易于操作和免維護(hù)的激光系統(tǒng)其輸出波長(zhǎng)為920nm,非常適合常規(guī)熒光基團(tuán)(如GFP、eGFP、曙紅、GCaMP、CFP、鈣黃綠素或金星)的雙光子激發(fā)。它可以為熒光基團(tuán)提供相對(duì)較高的峰值功率,常用于神經(jīng)科學(xué)和其他與激光相關(guān)的光子學(xué)。此外,其獨(dú)特的設(shè)計(jì)(簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)的光源)具有創(chuàng)新雙光子熒光顯微鏡發(fā)展的潛力。在雙光子顯微鏡中,峰值功率就是亮度!如果你想獲得更好的圖像亮度,那么你需要短脈沖,高功率,更重要的是,干凈的時(shí)間脈沖形狀。FemtoFiberultra920具有足夠高的輸出功率、短脈沖、獨(dú)特的Clean-Pulse技術(shù)和相對(duì)較...
WinfriedDenk較初使用的光源是染料飛秒激光器(100fs脈寬、630nm可見光波長(zhǎng))。雖然染料激光器對(duì)于實(shí)驗(yàn)室演示尚可,但是使用很不方便所以遠(yuǎn)未實(shí)現(xiàn)商用。很快雙光子顯微鏡的標(biāo)配光源就變成了飛秒鈦寶石激光器。除了固態(tài)光源優(yōu)勢(shì),鈦寶石激光器還具有較寬的近紅外波長(zhǎng)調(diào)諧范圍,而近紅外相比可見光穿透更深,對(duì)生物樣品損傷更小。下圖是Thorlabs的雙光子和三光子顯微鏡配置,鈦寶石飛秒可調(diào)諧激光器位于平臺(tái)較左邊??茖W(xué)家正在從雙光子轉(zhuǎn)向三光子顯微鏡。1996年,ChrisXu在康奈爾大學(xué)(Denk同導(dǎo)師實(shí)驗(yàn)室)讀博期間發(fā)明了三光子顯微鏡,如果雙光子吸收可行,那么三光子看起來也是自然的發(fā)展方向。三光...
使用基因編碼的熒光探針可以在突觸和細(xì)胞分辨率下監(jiān)測(cè)體內(nèi)神經(jīng)元信號(hào),這是揭示動(dòng)物神經(jīng)活動(dòng)復(fù)雜機(jī)制的關(guān)鍵。使用雙光子顯微鏡(2PM)可以以亞細(xì)胞分辨率對(duì)鈣離子傳感器和谷氨酸傳感器成像,從而測(cè)量不透明大腦深處的活動(dòng);成像膜電壓變化能直接反映神經(jīng)元活動(dòng),目前電壓成像主要通過寬場(chǎng)顯微鏡實(shí)現(xiàn),但它的空間分辨率較差并且只是于淺層深度。因此要在不透明的大腦中以高空間分辨率對(duì)膜電壓變化進(jìn)行成像,需要較提高2PM的成像速率。FACED模塊輸出處的子脈沖序列可以看作從虛擬光源陣列發(fā)出的光,這些子脈沖在中繼到顯微鏡物鏡后形成了一個(gè)空間上分離且時(shí)間延遲的焦點(diǎn)陣列。然后將該模塊并入具有高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)雙光子熒光顯微...
雙光子顯微鏡為什么穿透能力強(qiáng)?因?yàn)榻M織對(duì)可見光區(qū)域的較強(qiáng)吸收和散射帶來兩個(gè)嚴(yán)重的問題第1個(gè)是激發(fā)光的減弱,第2個(gè)就是另外就是由于物鏡本身光的光學(xué)特性,單光子激發(fā)的背景較強(qiáng),所以才有共聚焦系統(tǒng)提高成像的分辨率因?yàn)榻M織對(duì)可見光區(qū)域的較強(qiáng)吸收和散射帶來兩個(gè)嚴(yán)重的問題第1個(gè)是激發(fā)光的減弱,第2個(gè)就是另外就是由于物鏡本身光的光學(xué)特性,單光子激發(fā)的背景較強(qiáng),所以才有共聚焦系統(tǒng)提高成像的分辨率剛好雙光子在這兩點(diǎn)具有很大的優(yōu)勢(shì)上面的內(nèi)容基本在談到雙光子優(yōu)勢(shì)都會(huì)相對(duì)說明,在實(shí)際操作中成像的深度和樣品的關(guān)系很大,雙光子成像利用高亮度的熒光標(biāo)記材料,已經(jīng)有做到mm級(jí)別的穿透深度雙光子顯微鏡已延伸到各個(gè)領(lǐng)域研究中,它...
要想讓激發(fā)激光進(jìn)入更深的層面,大致可從兩個(gè)方面入手,裝置優(yōu)化與標(biāo)本改造。關(guān)于裝置優(yōu)化,我們可以把激光束變得更細(xì),使能量更加集中,就能讓激光穿透更深。關(guān)于標(biāo)本,其中影響光傳播的主要是物質(zhì)吸收和散射,解決這個(gè)問題,我們需要對(duì)樣本進(jìn)行透明化處理。一種方法是運(yùn)用某種物質(zhì)將標(biāo)本浸泡,使其中的物質(zhì)(主要是脂質(zhì))被破壞或溶解。另一種方法是運(yùn)用電泳將脂質(zhì)電解,讓標(biāo)本“透明度”提高。高光子密度帶來的高能量容易損傷細(xì)胞,所以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,其脈沖達(dá)到最大值所持續(xù)的周期只有十萬億分之一秒,而其頻率可以達(dá)到80至100兆赫,這樣即能達(dá)到雙光...
從雙光子的原理和特點(diǎn)我們就可以明顯的得出雙光子的優(yōu)點(diǎn):☆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(共焦),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。雙光子顯微鏡的原理是什么?美國激光熒光雙光子顯微鏡應(yīng)用是什么王...
2008年錢永健等人由于熒光蛋白(GFP,綠色熒光蛋白)的發(fā)現(xiàn)和使用,獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),是對(duì)熒光成像技術(shù)的一次巨大肯定和推動(dòng)。與熒光蛋白以及熒光染料等標(biāo)記物在細(xì)胞中的定位與表達(dá)技術(shù)相結(jié)合,使得科學(xué)家可以特異性的分辨生物體乃至細(xì)胞內(nèi)部不同結(jié)構(gòu)與成分,并且能夠在生命體和細(xì)胞仍具有活性的狀態(tài)下(狀態(tài))對(duì)其功能進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察。這就使得熒光成像技術(shù)成為了無可替代的,生物學(xué)家現(xiàn)今較為重要的技術(shù)手段之一。目前,大多數(shù)細(xì)胞生物學(xué)和生理學(xué)研究主要還是在離體培養(yǎng)的細(xì)胞體系中研究。然而與細(xì)胞生物學(xué)研究有所不同的是,大腦的功能研究的整體性和原位性顯得更加關(guān)鍵:只研究分離的神經(jīng)元無法解釋神經(jīng)系統(tǒng)的功能和規(guī)律。由于被觀測(cè)...
雙光子吸收理論早在1931年就由諾獎(jiǎng)得主MariaGoeppertMayer提出,30年后因?yàn)橛辛思す獠诺玫綄?shí)驗(yàn)驗(yàn)證,但是到WinfriedDenk發(fā)明雙光子顯微鏡又用了將近30年。要理解雙光子的技術(shù)挑戰(zhàn)和飛秒激光發(fā)揮的重要作用,首先要了解其中的非線性過程。雙光子吸收相當(dāng)于和頻產(chǎn)生非線性過程,這要求極高的電場(chǎng)強(qiáng)度,而電場(chǎng)取決于聚焦光斑大小和激光脈寬。聚焦光斑越小,脈寬越窄,雙光子吸收效率越高。對(duì)于衍射極限顯微鏡,聚焦在樣品上的光斑大小只和物鏡NA和激光波長(zhǎng)有關(guān),所以關(guān)鍵變量只剩下激光脈寬。基于以上分析,能夠以高重頻(100MHz)輸出超短脈沖(100fs量級(jí))的飛秒激光器成了雙光子顯微鏡的標(biāo)準(zhǔn)...
雙光子顯微鏡在各領(lǐng)域研究中已有許多成功實(shí)例;生物領(lǐng)域:貝爾實(shí)驗(yàn)室的Svoboda等人研究了大腦皮層神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)鈣離子動(dòng)力學(xué)情形。利用雙光子顯微鏡觀察到的現(xiàn)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(shì)。信息領(lǐng)域:美國科學(xué)家Rentzepis提出了一種在現(xiàn)有二維光盤的基礎(chǔ)上將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存擴(kuò)展到三維空間。由于雙光子激發(fā)具有作用精細(xì)體積小的特點(diǎn),避免了層與層之間的互相干擾,較大地提高了數(shù)據(jù)儲(chǔ)存密度。雙光子顯微鏡已延伸到各個(gè)領(lǐng)域研究中,它能對(duì)樣品進(jìn)行三維觀察,其基礎(chǔ)雙光子激發(fā)效應(yīng)也具有極高的應(yīng)用價(jià)值。我們可以相信,隨著科技不斷發(fā)展,其他技術(shù)的不斷結(jié)合,雙光子顯微鏡將得到更大的發(fā)展與更廣的應(yīng)用。雙光子顯...
雙光子顯微鏡是一種先進(jìn)的成像技術(shù),可以在保持細(xì)胞活性的情況下,對(duì)深層組織進(jìn)行高分辨率成像。它主要用于生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域的研究。雙光子顯微鏡的重心技術(shù)是基于雙光子激發(fā)的熒光成像。當(dāng)激光通過樣品時(shí),它會(huì)吸收特定波長(zhǎng)的光子,然后發(fā)出熒光。雙光子顯微鏡使用兩個(gè)連續(xù)的光子同時(shí)激發(fā)樣品,這樣可以在保持樣品完整性的同時(shí),獲得高質(zhì)量的圖像。雙光子顯微鏡具有以下優(yōu)點(diǎn):1.高分辨率:由于雙光子激發(fā)的特性,它可以獲得比傳統(tǒng)顯微鏡更高的分辨率。2.深層成像:由于激光的穿透深度限制,傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡無法對(duì)深層組織進(jìn)行成像。而雙光子顯微鏡可以解決這個(gè)問題,因?yàn)樗梢约ぐl(fā)樣品的深層熒光。3.活細(xì)胞成像:雙光子顯微...
為了驗(yàn)證動(dòng)物生物樣品的時(shí)間分辨成像能力,本實(shí)驗(yàn)觀察了活海拉細(xì)胞高爾基體中的青色熒光蛋白mTFP1,見圖3(a),(c)-(i)。使用的物鏡及尺寸與熒光顆粒成像一致,對(duì)比可見v2PE在空間分辨率、激發(fā)深度級(jí)圖像對(duì)比度較常規(guī)寬場(chǎng)顯微鏡都有所提高。此外,v2PE可以同時(shí)激發(fā)多個(gè)波長(zhǎng)的熒光蛋白,這種技術(shù)還可以應(yīng)用于細(xì)胞內(nèi)分子的三維動(dòng)力學(xué)多色成像。在此基礎(chǔ)上,實(shí)驗(yàn)對(duì)海拉細(xì)胞中的高爾基體(mTFP1)和纖顫蛋白(EGFP)進(jìn)行了在體成像,見圖3(j)-(n),青色為mTFP1,綠色為EGFP,實(shí)驗(yàn)中兩種熒光蛋白同時(shí)成像,終采用光譜分離法將不同蛋白的熒光信號(hào)分離出來。雙光子顯微鏡不需要共聚焦細(xì)孔,提高了熒光...
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)...
雙光子顯微鏡是結(jié)合了激光掃描共聚焦顯微鏡和雙光子激發(fā)技術(shù)的一種新技術(shù)。雙光子激發(fā)的基本原理是:在高光子密度的情況下,熒光分子可以同時(shí)吸收2個(gè)長(zhǎng)波長(zhǎng)的光子,在經(jīng)過一個(gè)很短的所謂激發(fā)態(tài)壽命的時(shí)間后,發(fā)射出一個(gè)波長(zhǎng)較短的光子;其效果和使用一個(gè)波長(zhǎng)為長(zhǎng)波長(zhǎng)一半的光子去激發(fā)熒光分子是相同的。雙(多)光子成像優(yōu)勢(shì)在于,具有更深的組織穿透深度,利用紅外光,能夠在層面檢測(cè)極限達(dá)1mm的組織區(qū)域;因信號(hào)背景比高,而具有更高的對(duì)比度;因激發(fā)體積小,具有定點(diǎn)激發(fā)的特性,具有更少的光毒性;激發(fā)波長(zhǎng)由紫外、可見光調(diào)整為紅外激發(fā),能夠更加安全。雙光子顯微鏡工作原理是利用兩個(gè)光子的能量相加達(dá)到熒光激發(fā)能量閾值,來激發(fā)樣品中...
隨著技術(shù)的發(fā)展,雙光子顯微鏡的性能得到不斷地優(yōu)化,結(jié)合它的特點(diǎn),大致可以分成深和活兩個(gè)方面的提升。深要想讓激發(fā)激光進(jìn)入更深的層面,大致可從兩個(gè)方面入手,裝置優(yōu)化與標(biāo)本改造。關(guān)于裝置優(yōu)化,我們可以把激光束變得更細(xì),使能量更加集中,就能讓激光穿透更深。關(guān)于標(biāo)本,其中影響光傳播的主要是物質(zhì)吸收和散射,解決這個(gè)問題,我們需要對(duì)樣本進(jìn)行透明化處理。一種方法是運(yùn)用某種物質(zhì)將標(biāo)本浸泡,使其中的物質(zhì)(主要是脂質(zhì))被破壞或溶解。另一種方法是運(yùn)用電泳將脂質(zhì)電解,讓標(biāo)本“透明度”提高。高光子密度帶來的高能量容易損傷細(xì)胞,所以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...
雙光子吸收理論早在1931年就由諾獎(jiǎng)得主MariaGoeppertMayer提出,30年后因?yàn)橛辛思す獠诺玫綄?shí)驗(yàn)驗(yàn)證,但是到WinfriedDenk發(fā)明雙光子顯微鏡又用了將近30年。要理解雙光子的技術(shù)挑戰(zhàn)和飛秒激光發(fā)揮的重要作用,首先要了解其中的非線性過程。雙光子吸收相當(dāng)于和頻產(chǎn)生非線性過程,這要求極高的電場(chǎng)強(qiáng)度,而電場(chǎng)取決于聚焦光斑大小和激光脈寬。聚焦光斑越小,脈寬越窄,雙光子吸收效率越高。對(duì)于衍射極限顯微鏡,聚焦在樣品上的光斑大小只和物鏡NA和激光波長(zhǎng)有關(guān),所以關(guān)鍵變量只剩下激光脈寬?;谝陨戏治?,能夠以高重頻(100MHz)輸出超短脈沖(100fs量級(jí))的飛秒激光器成了雙光子顯微鏡的標(biāo)準(zhǔn)...
雙光子顯微鏡為什么穿透能力強(qiáng)?生物組織在近紅外波段存在兩個(gè)窗口,第1個(gè)近紅外窗口對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)在700nm-900nm,第2個(gè)近紅外窗口對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)在1000nm-1400nm之間。舉例說明就是單晶硅對(duì)于可見光幾乎是不透明的,但是對(duì)于紅外波段就像是“水晶”一樣通透性很好了。原因有兩點(diǎn):1.生物組織對(duì)紅外光的吸收弱,對(duì)可見光吸收強(qiáng)。類似的,平時(shí)用手電筒照射手指,會(huì)看到手通透紅亮,也是由于生物組織對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅光吸收少。2.生物組織對(duì)紅外光的散射弱。因?yàn)槿鹄⑸涞膹?qiáng)度反比于波長(zhǎng)λ的四次方。類似的,早晨的太陽非常紅,也就是因?yàn)殚L(zhǎng)波長(zhǎng)的紅光穿透力更強(qiáng)。這兩點(diǎn)共同導(dǎo)致長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅外光比可見光對(duì)生物組織的穿透能力強(qiáng)。雙...