從雙光子的原理和特點我們就可以明顯的得出雙光子的優(yōu)點:☆光損傷?。河捎陔p光子顯微鏡使用的是可見光或近紅外光作為激發(fā)光源,這一波段的光對***細胞和組織的光損傷小,適用于長時間的研究;☆穿透能力強:相對于紫外光,可見光和近紅外光都具有更強的穿透能力,因而受生物組織散射的影響更小,解決對生物組織中深層物質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,雙光子吸收只局限于焦點處的體積約為波長3次方的范圍內(nèi);☆漂白區(qū)域小:由于激發(fā)只存在于交點處,所以焦點以外的區(qū)域都不會發(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濾波器(共焦***),這樣就提高了對熒光的收集率,而收集率的提高直接導致圖像對比度的提高;☆圖像對比度高:由于熒光波長小于入射波長,因而瑞利散射產(chǎn)生的背景噪聲只有單光子激發(fā)時的1/16,較大降低了散射的干擾;☆光子躍遷具有很強的選擇激發(fā)性,所以可以對生物組織中一些特殊物質進行成像研究;雙光子顯微鏡有哪些應用呢?國內(nèi)ultima2PPLUS雙光子顯微鏡授權商
共聚焦顯微可以呈現(xiàn)這么漂亮的圖像,是不是什么樣品都可以用共聚焦顯微鏡拍拍拍.....得到各種各樣清晰漂亮的圖像呢?答案是否定的,任何事物都有優(yōu)缺點,何況一臺儀器呢,共聚焦顯微鏡也是有自己的局限,共聚焦有哪些局限呢:1.共聚焦顯微鏡只能拍攝約200um以內(nèi)的的樣品,對于厚的或者樣品不能進拍攝;2. 共聚焦顯微鏡由于是逐點進行掃描,對樣品的光毒性還是比較大的,特別是拍攝活細胞樣品時就更容易對樣品進行淬滅;3. 由于光照射的區(qū)域幾乎能通過這個Z軸的層面,所以對于空間定點光刺激的實驗定點位置就不是特別精確;并且激光共聚焦顯微鏡沒有純紫外進行激發(fā),對于一些特殊激發(fā)波長的實驗,效率非常低。雙光子顯微鏡的基本原理是:在高光子密度的情況下,熒光分子可以同時吸收 2 個長波長的光子,在經(jīng)過一個很短的所謂激發(fā)態(tài)壽命的時間后,發(fā)射出一個波長較短的光子;其效果和使用一個波長為長波長一半的光子去激發(fā)熒光分子是相同的。雙光子激發(fā)需要很高的光子密度,為了不損傷細胞,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,其脈沖寬度只有 100 飛秒,而其周期可以達到 80至100兆赫茲。ultimainvestigator雙光子顯微鏡的成像視野雙光子顯微鏡可以進行厚的組織樣品拍攝。
新一代微型化雙光子熒光顯微鏡體積小,重只2.2克,適于佩戴在小動物頭部顱窗上,實時記錄數(shù)十個神經(jīng)元、上千個神經(jīng)突觸的動態(tài)信號。在大型動物上,還可望實現(xiàn)多探頭佩戴、多顱窗不同腦區(qū)的長時程觀測。相比單光子激發(fā),雙光子激發(fā)具有良好的光學斷層、更深的生物組織穿透等優(yōu)勢,其橫向分辨率達到0.65μm,成像質量與商品化大型臺式雙光子熒光顯微鏡可相媲美,遠優(yōu)于目前領域內(nèi)主導的、美國腦科學計劃重要團隊所研發(fā)的微型化寬場顯微鏡。采用雙軸對稱高速微機電系統(tǒng)轉鏡掃描技術,成像幀頻已達40Hz(256*256像素),同時具備多區(qū)域隨機掃描和每秒1萬線的線掃描能力。此外,采用自主設計可傳導920nm飛秒激光的光子晶體光纖,該系統(tǒng)實現(xiàn)了微型雙光子顯微鏡對腦科學領域較廣泛應用的指示神經(jīng)元活動的熒光探針(如GCaMP6)的有效利用。 同時采用柔性光纖束進行熒光信號的接收,解決了動物的活動和行為由于熒光傳輸光纜拖拽而受到干擾的難題。未來,與光遺傳學技術的結合,可望在結構與功能成像的同時,精細地操控神經(jīng)元和神經(jīng)回路的活動。
雙光子顯微鏡的優(yōu)勢:在深度組織中以較長時間對活細胞成像,雙光子顯微鏡是當前之選。雙光子和共聚焦顯微鏡都是通過激光激發(fā)樣品中的熒光標記,使用探測器測量被激發(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,通過幾乎同時吸收兩個長波光子激發(fā)熒光。下面是兩種技術的對比圖。雙光子激發(fā)熒光的主要優(yōu)勢:雙光子比共聚焦使用的更長的波長,所以對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,雙光子則能達到250到500微米,甚至超過1毫米。另外,同時吸收兩個光子意味只有度聚焦點處能被激發(fā),所以不會損傷焦平面之外的組織,并且生成更清晰的圖像。雙光子顯微鏡的性能得到不斷地優(yōu)化,結合它的特點,大致可以分成深和活兩個方面的提升。
單光子顯微技術是成熟的熒光顯微技術,但由于其使用的激發(fā)光波長較短,成像深度有限;能量較大,會造成對熒光物質的漂白,光毒性嚴重。激光共焦掃描顯微鏡由于共焦顯微鏡的孔徑很小,實現(xiàn)樣本三維成像要逐點掃描,成像速度慢,對樣本損害大,很難用于長時間活細胞成像。而寬場顯微鏡能夠很好地實現(xiàn)實時動態(tài)成像,光漂白小,因而較早應用于活細胞內(nèi)的實時檢測,但寬場顯微鏡由于離焦信號的干擾,難以實現(xiàn)多維成像。雙光子熒光顯微鏡(Two-PhotonLaser-ScanningMicroscopy)。雙光子顯微成像技術是近些年發(fā)展起來的結合了共聚焦激光掃描顯微鏡和雙光子激發(fā)技術的一種新型非線性光學成像方法,采用長波激發(fā),能對組織進行深層次成像。常用的比較好激發(fā)波長大多位于800-900nm,而水、血液和固有組織發(fā)色團對這個波段的光吸收率低,此外散射的激發(fā)光子不能激發(fā)樣品,因此背景第,光損傷小,適用于在體檢測。雙光子熒光成像技術能準確定位細胞內(nèi)置入的微電極位置,從而觀察胞體、樹突甚至單個樹突棘的活性。研究者可完整的觀察神經(jīng)組織的分辨熒光圖像,甚至可以分辨神經(jīng)細胞單個樹突棘中的鈣分布。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。ultima2PPLUS雙光子顯微鏡原理
雙光子顯微鏡角膜成像。國內(nèi)ultima2PPLUS雙光子顯微鏡授權商
隨著技術的發(fā)展,雙光子顯微鏡的性能得到不斷地優(yōu)化,結合它的特點,大致可以分成深和活兩個方面的提升。要想讓激發(fā)激光進入更深的層面,大致可從兩個方面入手,裝置優(yōu)化與標本改造。關于裝置優(yōu)化,我們可以把激光束變得更細,使能量更加集中,就能讓激光穿透更深。關于標本,其中影響光傳播的主要是物質吸收和散射,解決這個問題,我們需要對樣本進行透明化處理。一種方法是運用某種物質將標本浸泡,使其中的物質(主要是脂質)被破壞或溶解。另一種方法是運用電泳將脂質電解,讓標本“透明度”提高。國內(nèi)ultima2PPLUS雙光子顯微鏡授權商