臨研所、病理科和科研處邀請(qǐng)北京大學(xué)王愛(ài)民副教授在2020年12月22日做了題目為“新一代微型雙光子顯微成像系統(tǒng)介紹及其在臨床醫(yī)療診斷”的學(xué)術(shù)報(bào)告。學(xué)術(shù)報(bào)告由臨研所醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)潘琳老師主持。王愛(ài)民,北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院副教授,畢業(yè)于北京大學(xué)物理系,獲學(xué)士、碩士學(xué)位,后于英國(guó)巴斯大學(xué)物理系獲博士學(xué)位。該研究組研發(fā)的微型雙光子顯微鏡,第1次在國(guó)際上獲得了小鼠大腦神經(jīng)元和神經(jīng)突觸清晰穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)信號(hào),該成果獲得了2017年度“中國(guó)光學(xué)進(jìn)展”和“中國(guó)科學(xué)進(jìn)展”,并被NatureMethods評(píng)為2018年度“年度方法--無(wú)限制行為動(dòng)物成像”。目前,該研究組正在研究新一代雙光子顯微成像技術(shù)在臨床診斷中的應(yīng)用,為未來(lái)即時(shí)病理、離體組織檢測(cè)、術(shù)中診斷等提供新的影像手段和分析方法。雙光子顯微鏡在組織透明化成像中應(yīng)用。investigator雙光子顯微鏡廠家有哪些
由于具有較高輸出功率的光源可以提高成像速度,在我們的實(shí)驗(yàn)中,時(shí)間分辨率主要是受OPO輸出可見(jiàn)光激光功率的限制。盡管在單點(diǎn)掃描系統(tǒng)中,v2PE激發(fā)會(huì)使得空間分辨率提高,但多聚焦v2PE顯微鏡具有與1PE多聚焦顯微鏡近乎相同的橫向分辨率,這主要是多聚焦成像和單點(diǎn)掃描技術(shù)之間的差異造成的。由于v2PE的激發(fā)體積小于1PE,引入圖像掃描技術(shù)可以進(jìn)一步提高空間分辨率,這種技術(shù)需要通過(guò)在陣列前引入額外的微透鏡陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)。除此之外,由于可見(jiàn)光區(qū)域的共振效應(yīng),可能會(huì)產(chǎn)生光漂白,因而為了延長(zhǎng)觀察時(shí)間,系統(tǒng)還需要對(duì)激發(fā)強(qiáng)度和曝光時(shí)間做進(jìn)一步優(yōu)化。國(guó)外ultima雙光子顯微鏡作用雙光子顯微鏡還可以對(duì)一些具有特性的染料細(xì)胞進(jìn)行實(shí)驗(yàn),還有一些短波長(zhǎng)可以利用雙光子特性進(jìn)行特定實(shí)驗(yàn)。
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(guò)程。雙光子吸收相當(dāng)于和頻產(chǎn)生非線性過(guò)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)激發(fā)光源。這也再次說(shuō)明雙光子顯微鏡的優(yōu)勢(shì):只有焦平面處才能形成雙光子吸收,而焦平面之外由于光強(qiáng)低無(wú)法被激發(fā),所以雙光子成像更清晰。WinfriedDenk初使用的光源是染料飛秒激光器(100fs脈寬、630nm可見(jiàn)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(jiàn)光穿透更深,對(duì)生物樣品損傷更小。
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(guò)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(wú)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(wèn)題,因?yàn)樗梢约ぐl(fā)樣品的深層熒光。3.活細(xì)胞成像:雙光子顯微鏡可以在保持細(xì)胞活性的情況下進(jìn)行成像,這對(duì)于研究細(xì)胞生理學(xué)和生物化學(xué)過(guò)程非常有用。4.多模式成像:雙光子顯微鏡可以結(jié)合多種技術(shù),如光譜成像、鈣離子成像和神經(jīng)活動(dòng)成像等,以提供更豐富的生物樣品信息。總之,雙光子顯微鏡是一種強(qiáng)大的研究工具,可以對(duì)深層組織和活細(xì)胞進(jìn)行無(wú)損成像。這使得它在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域的研究中具有廣泛的應(yīng)用。雙光子顯微鏡有這么多優(yōu)點(diǎn),那么雙光子顯微鏡有哪些應(yīng)用呢?
雙光子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(guò)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(jiàn)光調(diào)整為紅外激發(fā),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(guó)外ultima雙光子顯微鏡作用
雙光子顯微鏡除了可以進(jìn)行厚的組織樣品拍攝以外呢,可以在小鼠的的任何部位進(jìn)行成像。investigator雙光子顯微鏡廠家有哪些
目前,腦科學(xué)的研究在全球范圍內(nèi)如火如荼,中國(guó)的腦計(jì)劃也即將啟動(dòng)。其中,全景式分析腦連接圖和功能動(dòng)態(tài)圖的研究成為重點(diǎn)研究方向,如何打破尺度壁壘,將微觀神經(jīng)元和突觸的信息處理和個(gè)體行為信息與全腦融合,是該領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。2021年1月6日,由北京大學(xué)分子醫(yī)學(xué)研究所牽頭,北京大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院電子系、工程學(xué)院和中國(guó)人民醫(yī)學(xué)科學(xué)院組成的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)在NatureMethods上在線發(fā)表了一篇題為《大視場(chǎng)、多平面、長(zhǎng)程腦成像的微型雙光子拷貝》的文章。本文報(bào)道了第二代小型化雙光子熒光顯微鏡FHIRM-TPM2.0。其成像視場(chǎng)是團(tuán)隊(duì)2017年發(fā)布的第1代小型化顯微鏡的7.8倍。同時(shí)具有三維成像能力,獲得了小鼠自由運(yùn)動(dòng)行為時(shí)大腦三維區(qū)域數(shù)千個(gè)神經(jīng)元清晰穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)功能圖像,實(shí)現(xiàn)了對(duì)同一批次神經(jīng)元一個(gè)月的跟蹤記錄。investigator雙光子顯微鏡廠家有哪些