【科协 | 科普 】双光子显微镜：显微镜家族的隐秘“功臣”2017年10月4日，诺贝尔化学奖颁给了Jacques Dubochet、Joachim Frank 和 Richard Henderson，获奖理由是“研发冷冻电子显微镜，用于测定溶液中生物大分子高分辨率结构”。纵观整个科学史，显微镜技术的运用与发展是科学技术进步的重要一环，其中除了上面提到的冷冻电镜，其实还有一位“大功臣”——双光子显微镜。
这位“大功臣”的原理是什么？它是如何在显微镜领域做出巨大贡献的？具体又有怎样的现实应用呢？下面就给大家介绍一下~ 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。美国激光荧光双光子显微镜最大分辨率
I try to explain why two-photon microscopy has a deeper imaging depth than one-photon microscopy, in the area of biomedical imaging. Many of the biomedical imaging modalities, no matter one-photon (confocal) or multi-photon (two-photon), use lasers as light source and require compatible fluorescent dyes.
Fluorescent dyes have their own excitation wavelength, and they can either be excited by a single photon with the photon energy of that excitation wavelength (E=hv=h*c/λ); or by two photons, arriving almost at the same time, but each with approximately half of the energy, hence of double wavelength than one-photon (0.5E->2λ). The former is the principle of one-photon microscopy and the latter is the principle of two-photon microscopy.
When imaging the same fluorescent dye, since two-photon could use approximately doubled wavelength compared with single-photon, two-photon can obviously penetrated deeper into the tissue due to less scattering (longer wavelength, less scattering). 国内ultimainvestigator双光子显微镜光子跃迁这种双光子显微镜的视场是普通显微镜的10倍。
2020年12月22日，临研所、病理科和科研处邀请北京大学王爱民副教授做了题目为“新一代微型双光子显微成像系统介绍及其在临床医疗诊断”的学术报告。学术报告由临研所医学实验研究平台潘琳老师主持。王爱民，北京大学信息科学技术学院副教授，毕业于北京大学物理系，获学士、硕士学位，后于英国巴斯大学物理系获博士学位。该研究组研发的微型双光子显微镜，第1次在国际上获得了小鼠大脑神经元和神经突触清晰稳定的动态信号，该成果获得了2017年度“中国光学进展”和“中国科学进展”，并被Nature Methods评为2018年度“年度方法--无限制行为动物成像”。目前，该研究组正在研究新一代双光子显微成像技术在临床诊断中的应用，为未来即时病理、离体组织检测、术中诊断等提供新的影像手段和分析方法。
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。 双光子显微镜还可以对一些具有双光子特性的染料细胞进行特定实验；
双光子显微成像技术不是什么新技术，早在20多年前就有了，目前已经在生命科学和材料科学中广泛应用。几年前双光子过期后，已经推出自己的双光子显微镜的厂家估计不少于10家以上。即便如此，世界上很多实验室都搭双光子，自己搭的好处有很多，首先是便宜，尤其是实验室已经有飞秒激光器，那就更很省钱了。其次是灵活，可以选择针对特殊用途的搭配，改动也灵活。好处就是可以锻炼队伍，一趟走下来可以把新手带出来，后期维护也更加自由。当然坏处也不少，首先是操心，特别是第1次搭的时候，开始要想方案，后来要解决各种实际问题。其次是花时间，加上买配件的时间，比买一台现成的商业化双光子耗时长。
现在已经有不少关于如何搭双光子显微镜的文章，各种protocol，大多是老外写的，中文的较少。其实完全自己搭一套好用的系统还是不容易的，尤其是没有经验的时候，容易走弯路，多花钱，也多花时间，再加上双光子的重要器件都需要从国外购买，在国内买这些东西耗时较长。因此，我想总结一下我们的经验，贴出来分享，希望能帮到想自己动手的实验室， 双光子显微镜比单光子共聚焦显微镜较大的不同在于无须使用孔限制光学散射；布鲁克双光子显微镜厂家电话
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仪器仪表是用以检出、测量、观察、计算各种物理量、物质成分、物性参数等的器具或设备。真空检漏仪、压力表、测长仪、显微镜、乘法器等均属于仪器仪表。近年来，得益于机械、冶金、石化行业等仪器仪表服务领域经营状况的好转，我国仪器仪表制造业发展一路向好。一些中低档产品已具有规模优势和国际市场竞争力。中国已成为nVista，nVoke，3D bioplotte，invivo等产品的生产和出口大国，其他仪器设备等产品的出口也开始取得突破。在国民经济运行中，生物科技，医药科技领域内的技术开发、技术咨询、技术服务、技术转让，实验室设备、仪器仪表、医疗器械、计算机、软件及辅助设备销售，计算机数据处理，货物及技术进出口业务。 成像平台： 1. Inscopix自由活动超微显微成像系统 2. DiveScope多通道内窥镜系统 3. 双光子显微镜 动物行为学平台： 1. PiezoSleep无创睡眠检测系统 2. 自身给药、条件恐惧、斯金纳、睡眠剥夺、跑步机、各类经典迷宫等 神经电生理： 1.NeuroNexus神经电极 2.多通道电生理信号采集系统 3.膜片钳系统 4.AO功能神经外科临床电生理平台 显微细胞： 1. UnipicK单细胞挑选及显微切割系统 科研/临床级3D打印 1. 德国envisionTEC 3D Bioplotter生物打印机 2. 韩国Invivo医疗级生物打印机等。等设备是提高劳动生产率的倍增器，对国民经济有着巨大的作用和影响力。美国商业部地区技术和标准研究院（NIST）提出的报告称：美国90年代仪器仪表工业产值只占工业总产值的4%，但它对国民经济（GNP）的影响面却达到66%。尽管在我国相关政策的引导和支持下，我国仪器仪表行业得到了飞速发展。但是从销售整体上看，我国的仪器仪表行业还是落后于国际水平的。重点技术缺乏、高精尖产品严重依赖进口、仪器仪表产品同质化严重、生产工艺落后、研发能力弱、精度不高等问题的凸显，为仪器仪表行业的发展带来了严峻的挑战。美国激光荧光双光子显微镜最大分辨率
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