双光子显微镜基本参数
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双光子显微镜企业商机

双光子荧光显微镜是结合了激光扫描共聚焦显微镜和双光子激发技术的一种新技术。双光子激发的基本原理是:在高光子密度的情况下,荧光分子可以同时吸收2个长波长的光子,在经过一个很短的所谓激发态寿命的时间后,发射出一个波长较短的光子;其效果和使用一个波长为长波长一半的光子去激发荧光分子是相同的。双(多)光子成像优势在于,具有更深的组织穿透深度,利用红外光,能够在层面检测极限达1mm的组织区域;因信号背景比高,而具有更高的对比度;因激发体积小,具有定点激发的特性,具有更少的光毒性;激发波长由紫外、可见光调整为红外激发,能够更加安全。双光子显微镜已成为较厚有生命体生物组织三维成像中不可或缺的工具。进口双光子显微镜荧光寿命计数

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在深度组织中以较长时间对活细胞成像,双光子显微镜是当前之选。双光子和共聚焦显微镜都是通过激光激发样品中的荧光标记,使用探测器测量被激发的荧光。但是,共聚焦一般使用单模光纤耦合激光器,通过单光子激发荧光,而双光子使用飞秒激光器,通过几乎同时吸收两个长波光子激发荧光。下面是两种技术的对比图。双光子激发荧光的主要优势:双光子比共聚焦使用的更长的波长,所以对组织的损伤更小且穿透更深。共聚焦的成像深度一般为100微米,双光子则能达到250到500微米,甚至超过1毫米。另外,同时吸收两个光子意味只有较强度聚焦点处能被激发,所以不会损伤焦平面之外的组织,并且生成更清晰的图像。国外荧光激光双光子显微镜成像视野是多少如果已经有了飞秒光,就可以几套双光子显微镜共享一台,只需分光即可。

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双光子吸收理论早在1931年就由诺奖得主提出,30年后因为有了激光才得到实验验证,但是到WinfriedDenk发明双光子显微镜又用了将近30年。要理解双光子的技术挑战和飞秒激光发挥的重要作用,首先要了解其中的非线性过程。双光子吸收相当于和频产生非线性过程,这要求极高的电场强度,而电场取决于聚焦光斑大小和激光脉宽。聚焦光斑越小,脉宽越窄,双光子吸收效率越高。对于衍射极限显微镜,聚焦在样品上的光斑大小只和物镜NA和激光波长有关,所以关键变量只剩下激光脉宽。基于以上分析,能够以高重频(100MHz)输出超短脉冲(100fs量级)的飞秒激光器成了双光子显微镜的标准激发光源。这也再次说明双光子显微镜的优势:只有焦平面处才能形成双光子吸收,而焦平面之外由于光强低无法被激发,所以双光子成像更清晰。WinfriedDenk初使用的光源是染料飞秒激光器(100fs脉宽、630nm可见光波长)。虽然染料激光器对于实验室演示尚可,但是使用很不方便所以远未实现商用。很快双光子显微镜的标配光源就变成了飞秒钛宝石激光器。除了固态光源优势,钛宝石激光器还具有较宽的近红外波长调谐范围,而近红外相比可见光穿透更深,对生物样品损伤更小。

TOPTICAFemtoFiberultra920超快光纤激光器是一种易于操作且无需维护的激光系统。其输出波长为920nm,非常适合常规荧光基团(如GFP,eGFP,Eosin,GCaMP,CFP,Calcein或者Venus)的双光子激发。能给荧光基团提供比较高的峰值功率,常用于神经科学和其他与激光有关的生物光子学学科。而且其独特设计(制造简单且经济高效的光源)对双光子荧光显微镜发展的革新具有潜在的可能。在双光子显微镜中,峰值功率就是亮度!如果您希望获得比较好的图像亮度,那么你就需要短脉冲,高功率,较重要的是需要干净的时间脉冲形状。FemtoFiberultra920具有足够高的输出功率,较短的脉冲和独特的Clean-Pulse技术,以及具有相对比较高的峰值功率,使得其在双光子显微镜中可以实现****的亮度,而不会对样品造成不必要的加热。FemtoFiberultra920交钥匙,完全集成的色散补偿(可确保样品处的脉冲较短),内置的功率控制,操作直观以及其坚固而紧凑的设计,使该系统具有极为友好的用户体验,是非线性显微镜应用的较好解决方案。例如荧光蛋白的双光子激发和基于SHG的对比机制。双光子显微镜能够进行光裂解、光转染和光损伤等光学操纵。

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目前,脑科学的研究在全球范围内如火如荼,中国的脑计划也即将启动。其中,全景式分析脑连接图和功能动态图的研究成为重点研究方向,如何打破尺度壁垒,将微观神经元和突触的信息处理和个体行为信息与全脑融合,是该领域亟待解决的关键挑战。2021年1月6日,由北京大学分子医学研究所牵头,北京大学信息科学与技术学院电子系、工程学院和中国人民医学科学院组成的跨学科团队在NatureMethods上在线发表了一篇题为《大视场、多平面、长程脑成像的微型双光子拷贝》的文章。本文报道了第二代小型化双光子荧光显微镜FHIRM-TPM2.0。其成像视场是团队2017年发布的第1代小型化显微镜的7.8倍。同时具有三维成像能力,获得了小鼠自由运动行为时大脑三维区域数千个神经元清晰稳定的动态功能图像,实现了对同一批次神经元一个月的跟踪记录。双光子显微镜不需要共聚焦细孔,提高了荧光检测效率。国外激光荧光双光子显微镜供应商联系方式

双光子显微镜使用高能量锁模脉冲器。进口双光子显微镜荧光寿命计数

通过并行化不同激光波长的激光扫描,研究人员增加了在相同时间内可以成像的体积,同时保持了高的时间和空间分辨率。研究人员通过引入两种不同波长的钙信号荧光探针,将神经元群体的活动标记为两种不同的颜色,同时激发两种不同波长的探针,从而实现了两种颜色的并行数据记录。为了实现三维空间成像,研究人员还在两个激光束上配置了快速变焦系统,即一个电透镜和一个空间光调制器。因此,可以以10Hz的速度同时记录10个500微米和500微米的平面,覆盖600微米的深度,覆盖大脑皮层第二层到第五层的结构,体积内可以记录2000多个神经元。进口双光子显微镜荧光寿命计数

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