多光子顯微鏡峰值功率密度

來(lái)源: 發(fā)布時(shí)間:2023-04-22

現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和科技的進(jìn)步,特別是隨著后基因組時(shí)代的到來(lái),人們已經(jīng)能夠根據(jù)需要建立各種細(xì)胞模型,為在體研究基因表達(dá)規(guī)律、分子間的相互作用、細(xì)胞的增殖、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、誘導(dǎo)分化、細(xì)胞凋亡以及新的血管生成等提供了良好的生物學(xué)條件。然而,盡管人們利用現(xiàn)有的分子生物學(xué)方法,已經(jīng)對(duì)基因表達(dá)和蛋白質(zhì)之間的相互作用進(jìn)行了深入、細(xì)致的研究,但仍然不能實(shí)現(xiàn)對(duì)蛋白質(zhì)和基因活動(dòng)的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。在細(xì)胞的生理過(guò)程中,基因、尤其是蛋白質(zhì)的表達(dá)、修飾和相萬(wàn)作用往往發(fā)生可逆的、動(dòng)態(tài)的變化。目前的分子生物學(xué)方法還不能捕獲到蛋白質(zhì)和基因的這些變化,但獲取這些信息對(duì)與研究基因的表達(dá)和蛋白質(zhì)之間的相互作用又至關(guān)重要。因此,發(fā)展能用于、動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、連續(xù)監(jiān)測(cè)蛋白質(zhì)和基因活動(dòng)的方法非常必要。OCT可以用于損傷修復(fù)監(jiān)測(cè)。Yeh等用OCT、多光子顯微鏡。多光子顯微鏡峰值功率密度

多光子顯微鏡峰值功率密度,多光子顯微鏡

細(xì)胞在受到外界刺激時(shí),隨著刺激時(shí)間的增長(zhǎng),即使刺激繼續(xù)存在,Ca2+熒光信號(hào)不但不會(huì)繼續(xù)增強(qiáng),反而會(huì)減弱,直至恢復(fù)到未加刺激物時(shí)的水平。對(duì)于細(xì)胞受精過(guò)程中Ca2+熒光信號(hào)的變化情況,研究發(fā)現(xiàn),配了在粘著過(guò)程中,Ca2+熒光信號(hào)未發(fā)生任何變化,而配子之間發(fā)生融合作用時(shí),Ca2+熒光信號(hào)強(qiáng)度卻會(huì)出現(xiàn)一個(gè)不穩(wěn)定的峰值,并可持續(xù)幾分鐘。這些現(xiàn)象,對(duì)研究受精發(fā)育的早期信號(hào)及Ca2+在卵細(xì)胞和受精卵的發(fā)育過(guò)程中的作用具有重要的意義。在其它一些生理過(guò)程如細(xì)胞分裂、胞吐作用等,Ca2+熒光信號(hào)強(qiáng)度也會(huì)發(fā)生很強(qiáng)的變化。靈長(zhǎng)類多光子顯微鏡多光子激發(fā)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)。

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雙光子熒光顯微成像主要有以下優(yōu)點(diǎn):a.光損傷小:雙光子熒光顯微以可見(jiàn)光或近紅外光為激發(fā)光,對(duì)細(xì)胞和組織的光損傷小,適合長(zhǎng)期研究;b.穿透力強(qiáng):與紫外光、可見(jiàn)光或近紅外光相比,穿透力強(qiáng),可用于生物樣品的深入研究;c.高分辨率:由于雙光子吸收截面很小P,熒光只能在焦平面很小的區(qū)域激發(fā),雙光子吸收被限制在焦點(diǎn)λ左右的體積內(nèi);d.漂白區(qū)域很小,焦點(diǎn)外不發(fā)生漂白。E.高熒光收集率與共焦成像相比,雙光子成像不需要濾光片,提高了熒光收集率。采集效率的提高直接導(dǎo)致圖像對(duì)比度的提高。F.對(duì)探測(cè)光路要求低。由于激發(fā)光和發(fā)射熒光的波長(zhǎng)差越來(lái)越大,加上自發(fā)三維濾波效應(yīng),多光子顯微鏡對(duì)光路采集系統(tǒng)的要求遠(yuǎn)低于單光子共焦顯微鏡,光學(xué)系統(tǒng)也相對(duì)簡(jiǎn)單。G.適用于多標(biāo)簽復(fù)合測(cè)量許多染料熒光探針的多光子激發(fā)光譜比單光子激發(fā)光譜更寬,從而可以用單一波長(zhǎng)的激發(fā)光同時(shí)激發(fā)多種染料,獲得同一生命現(xiàn)象的不同信息,便于相互比較和補(bǔ)充。

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)。2020年,全球多光子激光掃描正置顯微鏡市場(chǎng)達(dá)到87.30百萬(wàn)美元,預(yù)計(jì)到2027年該部分市場(chǎng)將達(dá)到154.02百萬(wàn)美元,年復(fù)合增長(zhǎng)率(2021-2027)為8.48%。中國(guó)多光子激光掃描正置顯微鏡市場(chǎng)達(dá)到13.32百萬(wàn)美元,預(yù)計(jì)到2027年該部分市場(chǎng)將達(dá)到25.21百萬(wàn)美元,年復(fù)合增長(zhǎng)率(2021-2027)為9.58%。從產(chǎn)品市場(chǎng)應(yīng)用情況來(lái)看,研究機(jī)構(gòu)為主要應(yīng)用領(lǐng)域,2020年約占全球市場(chǎng)46.28%。2020年,全球多光子激光掃描顯微鏡研究機(jī)構(gòu)應(yīng)用消費(fèi)量為174臺(tái),預(yù)計(jì)2027年達(dá)到349臺(tái),2021-2027年復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)為9.72%。1990年A.Mayer在Science上刊文展示了雙光子激光掃描熒光顯微鏡。

多光子顯微鏡峰值功率密度,多光子顯微鏡

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(gè)優(yōu)勢(shì)極大地促進(jìn)了研究者們對(duì)于完整大腦深處神經(jīng)的了解與認(rèn)識(shí)。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(gè)方面論述了相關(guān)的MPM技術(shù)。想要將神經(jīng)元活動(dòng)與復(fù)雜行為聯(lián)系起來(lái),通常需要對(duì)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(huì)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(guò)增加激光強(qiáng)度來(lái)解決散射問(wèn)題,但這會(huì)帶來(lái)其他問(wèn)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(zhǎng)的波長(zhǎng)作為激發(fā)光。多光子顯微鏡將生物打印結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確定位和定向到特定的解剖部位,使其能夠在小鼠組織內(nèi)制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)。美國(guó)全自動(dòng)多光子顯微鏡成像精度

中國(guó)市場(chǎng)多光子顯微鏡進(jìn)出口貿(mào)易趨勢(shì)。多光子顯微鏡峰值功率密度

比較兩表格中的相關(guān)參數(shù)可以看出,基于分子光學(xué)標(biāo)記的成像技術(shù)已經(jīng)在生物活檢和基因表達(dá)規(guī)律方面展示了較大的優(yōu)勢(shì)。例如,正電子發(fā)射斷層成像(PET)可實(shí)現(xiàn)對(duì)分子代謝的成像,空間分辨率∶1-2mm,時(shí)間分辨率;分鐘量級(jí)。與PET比較,光學(xué)成像的應(yīng)用場(chǎng)合更廣(可測(cè)量更多的參數(shù),請(qǐng)參見(jiàn)表1-1),且具有更高的時(shí)間分辨率(秒級(jí)),空間分辨率可達(dá)到微米。因此,二者相比,雖然光學(xué)成像在測(cè)量深度方面不及PET,但在測(cè)量參數(shù)種類與時(shí)空分辨率方面有一定優(yōu)勢(shì)。對(duì)于小動(dòng)物(如小白鼠)研究來(lái)說(shuō),光學(xué)成像技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)小動(dòng)物整體成像和在體基因表達(dá)成像。例如,初步研究表明,熒光介導(dǎo)層析成像可達(dá)到近10cm的測(cè)量深度;基于多光子激發(fā)的顯微成像技術(shù)可望實(shí)現(xiàn)小鼠體內(nèi)基因表達(dá)的實(shí)時(shí)在體成像。多光子顯微鏡峰值功率密度

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