在體多光子顯微鏡準(zhǔn)確定位

來源: 發(fā)布時間:2023-04-18

當(dāng)激光光束焦點(diǎn)的位置在鏡面上,此時被反射的激光在無限空間中成為準(zhǔn)直光束,并在OBJ2的焦平面上形成了一個激光光斑。同理,如果橫向掃描光束,則會形成遠(yuǎn)離傾斜鏡鏡面的焦點(diǎn),這又導(dǎo)致返回的光束會聚或發(fā)散,進(jìn)而OBJ2能在軸向不同位置形成焦點(diǎn),通過這種方式即能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的軸向掃描。對于較小的傾斜角,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數(shù)量級,從而可以在三個維度上量化快速的囊泡動力學(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)可對大腦組織和斑馬魚心臟動力學(xué)進(jìn)行快速成像,并具有衍射極限的分辨率。多光子顯微鏡市場集中,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。在體多光子顯微鏡準(zhǔn)確定位

在體多光子顯微鏡準(zhǔn)確定位,多光子顯微鏡

多光子激光掃描顯微鏡行業(yè)發(fā)展,世界多光子激光掃描顯微鏡產(chǎn)業(yè)主要布局在德國和日本,德國是以徠卡顯微系統(tǒng)和蔡司為,而日本以尼康和奧林巴斯公司為,2020年,上述企業(yè)占據(jù)著世界多光子激光掃描顯微鏡市場64.44%的市場份額,其發(fā)展戰(zhàn)略左右著多光子激光掃描顯微鏡市場的走向。目前世界市場對多光子激光掃描顯微鏡的需求在增長,中國市場這方面的需求增長更快,未來五年多光子激光掃描顯微鏡市場的發(fā)展在中國將具有很大的發(fā)展?jié)摿?。多光子顯微鏡成像區(qū)域利用多光子顯微鏡的光遺傳學(xué)操作能力,我們可以對某類神經(jīng)元的ji活和失活進(jìn)行高精度的操作。

在體多光子顯微鏡準(zhǔn)確定位,多光子顯微鏡

多束掃描技術(shù)可以同時對神經(jīng)元組織的不同位置進(jìn)行成像。該技術(shù):對于兩個遠(yuǎn)程成像位置(相距1-2mm以上),通常采用兩個**的路徑進(jìn)行成像;對于相鄰區(qū)域,通常使用單個物鏡的多個光束進(jìn)行成像。多光束掃描技術(shù)必須特別注意激發(fā)光束之間的串?dāng)_,這可以通過事后光源分離或時空復(fù)用來解決。事后光源分離法是指分離光束以消除串?dāng)_的算法;時空復(fù)用法是指同時使用多個激發(fā)光束,每個光束的脈沖在時間上被延遲,使不同光束激發(fā)的單個熒光信號可以暫時分離。引入的光束越多,可以成像的神經(jīng)元越多,但多束會導(dǎo)致熒光衰減時間重疊增加,從而限制了分辨信號源的能力;并且復(fù)用對電子設(shè)備的工作速度要求很高;大量的光束也需要較高的激光功率來維持單束的信噪比,這樣容易導(dǎo)致組織損傷。

與傳統(tǒng)的單光子寬視野熒光顯微鏡相比,多光子顯微鏡具有光學(xué)切片和深層成像等功能,這兩個優(yōu)勢極大地促進(jìn)了研究者們對于完整大腦深處神經(jīng)的了解與認(rèn)識。2019年,JeromeLecoq等人從大腦深處的神經(jīng)元成像、大量神經(jīng)元成像、高速神經(jīng)元成像這三個方面論述了相關(guān)的MPM技術(shù)。想要將神經(jīng)元活動與復(fù)雜行為聯(lián)系起來,通常需要對大腦皮質(zhì)深層的神經(jīng)元進(jìn)行成像,這就要求MPM具有深層成像的能力。激發(fā)和發(fā)射光會被生物組織高度散射和吸收是限制MPM成像深度的主要因素,雖然可以通過增加激光強(qiáng)度來解決散射問題,但這會帶來其他問題,例如燒壞樣品、離焦和近表面熒光激發(fā)。增加MPM成像深度比較好的方法是用更長的波長作為激發(fā)光。顯微鏡簡史:從光到多光子顯微鏡。

在體多光子顯微鏡準(zhǔn)確定位,多光子顯微鏡

對于兩個遠(yuǎn)距離(相距1-2mm以上)的成像部位,通常采用兩個**的路徑進(jìn)行成像;對于相鄰區(qū)域,通常使用單個物鏡的多個光束進(jìn)行成像。多光束掃描技術(shù)必須特別注意激發(fā)光束之間的串?dāng)_,這可以通過事后光源分離或時空復(fù)用來解決。事后光源分離法是指分離光束以消除串?dāng)_的算法;時空復(fù)用法是指同時使用多個激發(fā)光束,每個光束的脈沖在時間上被延遲,使不同光束激發(fā)的單個熒光信號可以暫時分離。引入的光束越多,可以成像的神經(jīng)元越多,但多束會導(dǎo)致熒光衰減時間重疊增加,從而限制了分辨信號源的能力;并且復(fù)用對電子設(shè)備的工作速度要求很高;大量的光束也需要較高的激光功率來維持單束的信噪比,這樣容易導(dǎo)致組織損傷。多光子顯微鏡適用于動物大腦皮層深層(400微米)細(xì)胞的形態(tài)、生理學(xué)研究。模塊化多光子顯微鏡峰值功率密度

多光子顯微鏡的分辨率比傳統(tǒng)的單光子共聚焦要低的多。在體多光子顯微鏡準(zhǔn)確定位

2020年,TonmoyChakraborty等人提出了加速2PM軸向掃描速度的方法[2]。在光學(xué)顯微鏡中,物鏡或樣品緩慢的軸向掃描速度限制了體成像的速度。近年來,通過使用遠(yuǎn)程聚焦技術(shù)或電調(diào)諧透鏡(ETL)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了快速軸向掃描。但遠(yuǎn)程對焦時對反射鏡的機(jī)械驅(qū)動會限制軸向掃描速度,ETL會引入球差和高階像差,無法進(jìn)行高分辨率成像。為了克服這些限制,該小組引入了一種新的光學(xué)設(shè)計,可以將橫向掃描轉(zhuǎn)換為無球面像差的軸向掃描,以實(shí)現(xiàn)高分辨率成像。有兩種方法可以實(shí)現(xiàn)這種設(shè)計。***個可以執(zhí)行離散的軸向掃描,另一個可以執(zhí)行連續(xù)的軸向掃描。如圖3a所示,特定裝置由兩個垂直臂組成,每個臂具有4F望遠(yuǎn)鏡和物鏡。遠(yuǎn)程聚焦臂由振鏡掃描鏡(GSM)和空氣物鏡(OBJ1)組成,另一個臂(稱為照明臂)由浸沒物鏡(OBJ2)組成。兩個臂對齊,使得GSM與兩個物鏡的后焦平面共軛。準(zhǔn)直后的激光束經(jīng)偏振分束器反射進(jìn)入遠(yuǎn)程聚焦臂,由GSM進(jìn)行掃描,使OBJ1產(chǎn)生的激光焦點(diǎn)可以進(jìn)行水平掃描。在體多光子顯微鏡準(zhǔn)確定位

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