双光子显微镜工作原理是将超快的红外激光脉冲传输到样品中,在样品中与组织或荧光标记相互作用,这些组织或荧光标记发出用于创建图像的信号。双光子显微镜被多用于生物学研究,因为它能够产生高分辨率的3-D图像,深度达1毫米。然而,这些优点带来了有限的成像速度,因为微光条件需要逐点图像采集和重建的点检测器。为了加快成像速度,科学家之前开发了一种多焦点激光照明方法,该方法使用数字微镜设备(DMD),这是一种通常用于投影仪的低成本光扫描仪。此前人们认为这些DMD不能与超快激光一起工作。然而现在解决了这个问题,这使得DMD在超快激光应用中得以应用,这些应用包括光束整形、脉冲整形、快速扫描和双光子成像。DMD在样品内随机选择的位置上产生5到30点聚焦激光。目前主要使用的多光子显微镜包括双光子显微镜和三光子显微镜。美国离体多光子显微镜方案
随着生物分子光学标记技术的不断进步,光学技术在揭示生命活动基本规律的研究中正发挥越来越重要的作用,也为医学诊疗提供了更多、更有效的手段。生物医学光学是近年来受到国际光学界和生物医学界关注的研究热点,在生物活检、光动力、细胞结构与功能检测、基因表达规律的在体研究等问题上取得了一系列研究成果,目前正在从宏观到微观上对大脑活动与功能进行多层面的研究。细胞重大生命活动(包括细胞增殖、分化、凋亡及信号转导)的发生和调节是通过生物大分子间(如蛋白质-蛋白质、蛋白质-核酸等)相互作用来实现的。蛋白质作为基因调控的产物,与细胞和机体生理过程代谢直接相关,深入研究基因表达及蛋白质-蛋白质相互作用不仅能揭示生命活动的基本规律,同时也能深入了解疾病发生的分子机理,进而为寻找更有效的药物分子、提高药物筛选和药物设计的效率提供新的方法和思路。美国离体多光子显微镜方案多光子显微镜市场集中,由于投产生产的成本较高,技术难度大,目前涌现的新企业不多。
有许多方法可以实现快速光栅扫描,例如使用振镜进行快速2D扫描,以及将振镜与可调电动透镜相结合进行快速3D扫描。而可调电动式镜头由于机械惯性的限制,无法在轴向快速切换焦点,影响成像速度。现在它可以被空间光调制器(SLM)取代。远程对焦也是实现3D成像的一种手段,如图2所示。LSU模块中,扫描振镜水平扫描,ASU模块包括物镜L1和反射镜M,通过调整M的位置实现轴向扫描该技术不仅可以校正主物镜L2引入的光学像差,还可以进行快速轴向扫描。为了获得更多的神经元成像,可以通过调整显微镜的物镜设计来放大FOV。然而,大NA和大FOV的物镜通常很重,不能快速移动以进行快速轴向扫描,因此大FOV系统依赖于远程聚焦、SLM和可调电动透镜。
世界多光子激光扫描显微镜产业主要布局在德国和日本,德国是以徕卡显微系统和蔡司为,而日本以尼康和奥林巴斯公司为,2020年,上述企业占据着世界多光子激光扫描显微镜市场64.44%的市场份额,其发展战略左右着多光子激光扫描显微镜市场的走向。目前世界市场对多光子激光扫描显微镜的需求在增长,中国市场这方面的需求增长更快,未来五年多光子激光扫描显微镜市场的发展在中国将具有很大的发展潜力。国内显微镜制造市场目前断层严重。目前我国显微镜行业发展缺乏技术沉淀,20年以上经营积累的企业十分稀缺,深度精密制造、光学重要部件设计及工艺严重制约产业升级。目前中国显微镜中如多光子显微镜、共聚焦扫描和电子显微镜等主要集中在徕卡显微系统、蔡司、尼康、奥林巴斯等国外企业。国内具备生产显微镜能力的企业屈指可数,若国内显微镜企业能打破技术壁垒,切入显微镜市场,企业的生产经营将腾跃至一个更高的格局。多光子显微镜的分辨率比传统的单光子共聚焦要低的多。
神经科学重要的研究工具-多光子显微镜作为神经科学重要的研究工具,近年来发展快速,品牌也众多。我们通常都是在一间开着冷气的房间里的超大防震台上见过这样一套设备。台面上复杂的光路也让我们在使用中小心翼翼,生怕弄坏了哪里而无从修复。你是否想象过一台放在书桌边上就能使用的多光子显微镜,一台跟普通显微镜一样操作简便的多光子显微镜,一台不用担心会碰坏的多光子显微镜,一台可以在不同实验室之间搬来搬去的多光子显微镜,一台可以从任意角度进行观察扫描的多光子显微镜?滔博生物TOP-Bright是一家集研发,生产,销售于一体的专注于神经科学产品及致力于向高校、科研机构等领域提供实验室一体化方案的高科技企业。业务服务范围已遍布至全国各地几百家实验室。目前公司主营产品是享誉全球的国际品牌和产品,这些仪器设备都是科学研究所必备且不可替代的基础仪器多光子显微镜中,极短的激光脉冲聚焦在样品上的紧密点上,激发荧光团产生图像。美国离体多光子显微镜方案
多光子显微镜技术是对完整组织进行深层荧光成像的优先技术。美国离体多光子显微镜方案
2020年,JianglaiWu等人提出提高2PM横向扫描速率的装置,称为FACED(free-spaceangular-chirp-enhanceddelay)。圆柱透镜将激光束一维聚焦,会聚角为Δθ。光束进入到一对几乎平行的高反射镜中,其间距为S,偏角为α。经过反射镜多次反射后,激光脉冲被分成多个传播方向不同的子脉冲(N=Δθ/α),脉冲间以2S/c的时间延迟(c,光速)回射。FACED模块输出处的子脉冲序列可以看作从虚拟光源阵列发出的光,这些子脉冲在中继到显微镜物镜后形成了一个空间上分离且时间延迟的焦点阵列。然后将该模块并入具有高速数据采集系统的标准双光子荧光显微镜中。光源是具有1MHz重复频率的920nm的激光器,通过FACED模块可产生80个脉冲焦点,其脉冲时间间隔为2ns。这些焦点是虚拟源的图像,虚拟源越远,物镜处的光束尺寸越大,焦点越小。光束沿y轴比x轴能更好地充满物镜,从而导致x轴的横向分辨率为0.82µm,y轴的横向分辨率为0.35µm。美国离体多光子显微镜方案