宇宙,浩瀚无垠,在数百亿光年可观测的空间里闪烁着上万亿个星系。人类1400克的大脑,如同一个小小的宇宙,包含了百亿级神经元和百万亿级的神经突触,其结构和功能上极其复杂而精密的连接,涌现出意识和思想--大脑小宇宙隐藏着世界上较佳丽较深邃的奥秘。新千年伊始,世界科技强国纷纷启动有史以来比较大规模的脑科学研究计划,人类探索大脑的波澜壮阔的历史画卷正在展开。工欲善其事,必先利其器。目前,各国脑科学计划的一个重要方向就是打造用于全景式解析脑连接图谱和功能动态图谱的研究工具。其中,如何打破尺度壁垒,整合微观神经元和神经突触活动与大脑整体的活动和个体行为信息,是领域内亟待解决的一个关键挑战。双光子显微镜大量运营在实验室当中;国内荧光激光双光子显微镜荧光寿命计数
2020年,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NatureMethods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。国外ultima2PPLUS双光子显微镜应用是什么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。
N掺杂可以明显影响碳点(CDs)的发射和激发特性,使双光子碳点(TP-CDs)具有本征双光子激发特性和605 nm的红光发射特性。在638 nm激光照射下,除了长波激发和发射外,还可以实现活性氧(ROS)的产生,这为光动力技术提供了巨大的可能性。更重要的是,通过各种表征和理论模拟证实,掺杂诱导的N杂环在TP-CDs与RNA的亲和力中起关键作用。这种亲和力不仅为实现核仁特异性自我靶向提供了可能,而且通过ROS断裂RNA链解离TP-CDs@RNA复合物,赋予治疗过程中的荧光变异。TP-CDs结合了ROS的产生能力、光动力疗法(PDT)过程中的荧光变化、长波激发和发射特性以及核仁的特异性自靶向性,可以认为是一种结合核仁动态变化实时处理的智能CDs。
细胞内钙离子作为重要的信号分子其作用具有时间性和空间性。当个细胞兴奋时,产生了一个电冲动,此时,细胞外的钙离子流入该细胞内,促使该细胞分泌神经递质,神经递质与相邻的下一级神经细胞膜上的蛋白分子结合,促使这一级神经细胞产生新的电冲动。以此类推,神经信号便一级一级地传递下去,从而构成复杂的信号体系,终形成学习、记忆等大脑的高级功能。在哺乳动物神经系统中,钙离子同样扮演着重要的信号分子的角色。静息状态下大部分神经元细胞内钙离子浓度约为50-100nM,而细胞兴奋时钙离子浓度能瞬间上升10-100倍,增加的钙离子对于突触囊泡胞吐释放神经递质的过程必不可少。众所周知,只有游离钙才具有生物学活性,而细胞质内钙离子浓度由钙离子的内外流平衡所决定,同时也受钙结合蛋白的影响。细胞外钙离子内流的方式有很多种,其中包括电压门控钙离子通道、离子型谷氨酰胺受体、烟碱型胆碱能受体(nAChR)和瞬时受体电位C型通道(TRPC)等。神经元钙成像的原理就是利用特殊的荧光染料或钙离子指示剂将神经元中钙离子浓度的变化通过荧光强度表现出来,以反映神经元活性。该方法可以同时观察多个功能或位置相关的脑细胞。双光子显微镜不需要共聚焦细孔,提高了荧光检测效率。
首先我们来简单介绍一下激光扫描共聚焦和双光子这两种当红的显微成像技术。激光扫描共聚焦显微技术,是荧光显微成像的一种,用于激发样品的荧光信号并对其放大成像。在激光扫描共聚焦显微镜中,样品焦平面上每一时刻只有一个点被激发光照射,纵然焦平面外也有激发光照射,但通过探测器前的(pinhole),有焦平面上的荧光信号能被探测器接收。也就是说,每个时刻,只有焦平面上一个点的信号被探测。通过点扫描的方式,一个个点的信号就可以组合出终的图像。双光子显微镜(包括多光子显微镜)同样采用点扫描的方式得到图像。不同的是,其采用的激发光波长较长,只有当两个(或更多)激发光光子几乎同时轰击荧光探针的时候才可能激发出荧光信号。所以只有在光子密度特别大的焦点,出才会激发出荧光。也就是说,双光子显微镜中,同样每个时刻只有焦平面上一个点的信号被探测,并且连焦平面外的荧光信号也不会有。双光子显微镜的性能得到不断地优化,结合它的特点,大致可以分成深和活两个方面的提升。国外ultima2PPLUS双光子显微镜应用是什么
双光子显微镜的基本原理是: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。国内荧光激光双光子显微镜荧光寿命计数
双光子吸收理论早在1931年就由诺奖得主MariaGoeppertMayer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。国内荧光激光双光子显微镜荧光寿命计数