Ultima Investigator多光子顯微鏡研究

對于雙光子(2P)成像，散焦和近表面熒光激發(fā)是兩個相對較大的深度限制因素，而對于三光子(3P)成像，這兩個問題**減少。  然而，由于熒光團的吸收截面遠小于2P，三光子成像需要更高的脈沖能量才能獲得與2P相同激發(fā)強度的熒光信號。  功能性3P顯微鏡比結構性3P顯微鏡要求更高，后者需要更快的掃描速度以便及時采樣神經(jīng)元活動。  為了在每個像素的停留時間內收集足夠的信號，需要更高的脈沖能量。  復雜的行為通常涉及大規(guī)模的大腦神經(jīng)網(wǎng)絡，這些網(wǎng)絡既有本地連接，也有遠程連接。  為了將神經(jīng)元的活動與行為聯(lián)系起來，需要同時監(jiān)測* * *分布的超大型神經(jīng)元的活動。  大腦中的神經(jīng)網(wǎng)絡將在幾十毫秒內處理輸入的刺激。  為了理解這種快速神經(jīng)元動力學，MPM需要快速成像神經(jīng)元的能力。  快速MPM方法可分為單束掃描技術和多束掃描技術。  多光子顯微鏡，突破光學成像技術極限，開啟生命科學新紀元。Ultima Investigator多光子顯微鏡研究

    對于雙光子（2P）成像而言，離焦和近表面熒光激發(fā)是兩個比較大的深度限制因素，而對于三光子（3P）成像這兩個問題大大減小，但是三光子成像由于熒光團的吸收截面比2P要小得多，所以需要更高數(shù)量級的脈沖能量才能獲得與2P激發(fā)的相同強度的熒光信號。功能性3P顯微鏡比結構性3P顯微鏡的要求更高，它需要更快速的掃描，以便及時采樣神經(jīng)元活動；需要更高的脈沖能量，以便在每個像素停留時間內收集足夠的信號。復雜的行為通常涉及到大型的大腦神經(jīng)網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡既具有局部的連接又具有遠程的連接。要想將神經(jīng)元活動與行為聯(lián)系起來，需要同時監(jiān)控非常龐大且分布普遍的神經(jīng)元的活動，大腦中的神經(jīng)網(wǎng)絡會在幾十毫秒內處理傳入的刺激，要想了解這種快速的神經(jīng)元動力學，就需要MPM具備對神經(jīng)元進行快速成像的能力?？焖費PM方法可分為單束掃描技術和多束掃描技術。 離體多光子顯微鏡成像分辨率高效激發(fā)，長波長照射，多光子顯微鏡提升樣品存活率。

要想實現(xiàn)離散的軸向重新聚焦，需要在OBJ1的焦平面中放置一個階梯鏡（圖3b）。當入射激光束被OBJ1聚焦到的焦平面恰好與階梯重合時，被反射的激光將在無窮大的空間中成為準直光束，并在OBJ2的焦平面上形成激光光斑。并且返回的激光束會被GSM消除橫向掃描，即OBJ2形成的焦點不會進行橫向掃描，實現(xiàn)軸向掃描。如果激光點被掃描到與焦平面不一致的階梯，則會形成遠離鏡面的激光焦點，返回的激光束會在無窮大的空間中會聚或發(fā)散，進而導致由OBJ2形成的激光焦點也在軸向重新聚焦，通過這種方式即能實現(xiàn)離散的軸向掃描。對于已精確匹配兩個物鏡光瞳的光學裝置，不會引入像差。為了進行連續(xù)的軸向重新聚焦，將階梯鏡替換為稍微傾斜的平面鏡，同時入射的激光焦點也需要被傾斜，使得其以垂直于鏡面的方向入射，通過相對入射激光束稍微平移OBJ1即可實現(xiàn)這種傾斜。

    2020年，TonmoyChakraborty等人提出了一種加快2PM軸向掃描速度的方法[2]。在光學顯微鏡中，物鏡或樣品的緩慢軸向掃描速度限制了體積成像的速度。近年來，通過使用遠程聚焦技術或電可調諧透鏡（ETL）已經(jīng)實現(xiàn)了快速軸向掃描；但是，遠程聚焦中反射鏡的機械驅動會限制軸向掃描速度，ETL會引入球面像差和更高階像差，從而無法進行高分辨率成像。為了克服這些局限性，該組引入了一種新穎的光學設計，能將橫向掃描轉換為可用于高分辨率成像的無球差的軸向掃描。該設計有兩種實現(xiàn)方式，第一種能夠執(zhí)行離散的軸向掃描，另一種能夠進行連續(xù)的軸向掃描。具體裝置如圖3a所示，由兩個垂直臂組成，每個臂中都有一個4F望遠鏡和一個物鏡。遠程聚焦臂包含一個檢流掃描鏡（GSM）和一個空氣物鏡（OBJ1），另一個臂（稱為照明臂）由一個水浸物鏡（OBJ2）構成。將這兩個臂對齊，以使GSM與兩個物鏡的后焦平面共軛。準直的激光束被偏振分束器反射到遠程聚焦臂中，GSM對其進行掃描，進而使得OBJ1產(chǎn)生的激光焦點進行橫向掃描。 多光子顯微鏡使用高能量鎖模脈沖激光器。

1，光源、光路高度整合通過精密的設計，將飛秒激光器、掃描振鏡、PMT、濾光片組，甚至是單光子熒光光路全套整合在一個不大的掃描頭（ScanHead）內，無論掃描頭如何移動，掃描頭內的光路都可以保持穩(wěn)定不變，從而實現(xiàn)了超穩(wěn)定、免維護的特點。2，配合多維度、高精度機械控制系統(tǒng)。掃描頭直接架設在一個多維運動的機械裝置上，可沿任意方向和角度移動掃描頭，方便對動物樣本進行多方位的掃描觀察。而這在常規(guī)方案的多光子顯微鏡上有很大的實現(xiàn)難度，不但需要多個關節(jié)組合的光路導向機構，并且在這些關節(jié)旋轉的時候，都冒著極大的光路偏移的風險，以至于在使用一段時間后都需要對光路進行再次校準，而這樣的問題在我司上則完全不會發(fā)生。3.一機多能。多光子顯微鏡，為疾病診斷和藥物研發(fā)提供強大支持。美國熒光多光子顯微鏡原理

利用多光子顯微鏡，進行無損、高分辨率的生物組織層析成像。Ultima Investigator多光子顯微鏡研究

隨著生物分子光學標記技術的不斷進步，光學技術在揭示生命活動基本規(guī)律的研究中正發(fā)揮越來越重要的作用，也為醫(yī)學診療提供了更多、更有效的手段。生物醫(yī)學光學（BiomedicalOptics）是近年來受到國際光學界和生物醫(yī)學界關注的研究熱點，在生物活檢、光動力、細胞結構與功能檢測、基因表達規(guī)律的在體研究等問題上取得了一系列研究成果，目前正在從宏觀到微觀上對大腦活動與功能進行多層面的研究。細胞重大生命活動（包括細胞增殖、分化、凋亡及信號轉導）的發(fā)生和調節(jié)是通過生物大分子間（如蛋白質-蛋白質、蛋白質-核酸等）相互作用來實現(xiàn)的。蛋白質作為基因調控的產(chǎn)物，與細胞和機體生理過程代謝直接相關，深入研究基因表達及蛋白質-蛋白質相互作用不僅能揭示生命活動的基本規(guī)律，同時也能深入了解疾病發(fā)生的分子機理，進而為尋找更有效的藥物分子、提高藥物篩選和藥物設計的效率提供新的方法和思路。Ultima Investigator多光子顯微鏡研究