美國全自動多光子顯微鏡成像深度

來源: 發(fā)布時(shí)間:2023-04-15

    Ca2+是重要的第二信使,對于調(diào)節(jié)細(xì)胞的生理反應(yīng)具有重要的作用,開發(fā)和利用雙光子熒光顯微成像技術(shù)對Ca2+熒光信號進(jìn)行觀測,可以從某些方面對有機(jī)體或細(xì)胞的變化機(jī)制進(jìn)行分析,具有重要的意義。利用雙光子熒光顯微成像技術(shù)可以觀察細(xì)胞內(nèi)用熒光探針標(biāo)記的Ca2*的時(shí)間和空間的熒光圖像的變化,還可以觀察細(xì)胞某一層面或局部的(Ca2+)熒光圖像和變化。通過對單細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn),Ca2+不僅在細(xì)胞局部區(qū)域間的分布是不均勻的,而且細(xì)胞內(nèi)各局部區(qū)域的不同深度或?qū)哟伍g也存在不同程度的Ca2+梯差即所謂的空間Ca2梯差。多光子顯微鏡已經(jīng)被生物學(xué)家普遍的運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)中。美國全自動多光子顯微鏡成像深度

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    2020年,TonmoyChakraborty等人提出了一種加快2PM軸向掃描速度的方法[2]。在光學(xué)顯微鏡中,物鏡或樣品的緩慢軸向掃描速度限制了體積成像的速度。近年來,通過使用遠(yuǎn)程聚焦技術(shù)或電可調(diào)諧透鏡(ETL)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了快速軸向掃描;但是,遠(yuǎn)程聚焦中反射鏡的機(jī)械驅(qū)動會限制軸向掃描速度,ETL會引入球面像差和更高階像差,從而無法進(jìn)行高分辨率成像。為了克服這些局限性,該組引入了一種新穎的光學(xué)設(shè)計(jì),能將橫向掃描轉(zhuǎn)換為可用于高分辨率成像的無球差的軸向掃描。該設(shè)計(jì)有兩種實(shí)現(xiàn)方式,第一種能夠執(zhí)行離散的軸向掃描,另一種能夠進(jìn)行連續(xù)的軸向掃描。具體裝置如圖3a所示,由兩個(gè)垂直臂組成,每個(gè)臂中都有一個(gè)4F望遠(yuǎn)鏡和一個(gè)物鏡。遠(yuǎn)程聚焦臂包含一個(gè)檢流掃描鏡(GSM)和一個(gè)空氣物鏡(OBJ1),另一個(gè)臂(稱為照明臂)由一個(gè)水浸物鏡(OBJ2)構(gòu)成。將這兩個(gè)臂對齊,以使GSM與兩個(gè)物鏡的后焦平面共軛。準(zhǔn)直的激光束被偏振分束器反射到遠(yuǎn)程聚焦臂中,GSM對其進(jìn)行掃描,進(jìn)而使得OBJ1產(chǎn)生的激光焦點(diǎn)進(jìn)行橫向掃描。 美國高速高分辨率多光子顯微鏡暗場成像多光子顯微鏡被認(rèn)為是、完整生物組織成像的手段之一,其成像尺度從分子級別到整個(gè)有機(jī)體。

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Ca2+是重要的第二信使,對于調(diào)節(jié)細(xì)胞的生理反應(yīng)具有重要的作用,開發(fā)和利用雙光子熒光顯微成像技術(shù)對Ca2+熒光信號進(jìn)行觀測,可以從某些方面對有機(jī)體或細(xì)胞的變化機(jī)制進(jìn)行分析,具有重要的意義。利用雙光子熒光顯微成像技術(shù)可以觀察細(xì)胞內(nèi)用熒光探針標(biāo)記的Ca2*的時(shí)間和空間的熒光圖像的變化,還可以觀察細(xì)胞某一層面或局部的(Ca2+)熒光圖像和變化。通過對單細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn),Ca2+不僅在細(xì)胞局部區(qū)域間的分布是不均勻的,而且細(xì)胞內(nèi)各局部區(qū)域的不同深度或?qū)哟伍g也存在不同程度的Ca2+梯差即所謂的空間Ca2梯差。

多光子顯微鏡成像深度深、對比度高,在生物成像中具有重要意義,但通常需要較高的功率。結(jié)合時(shí)間傳播的超短脈沖可以實(shí)現(xiàn)超快的掃描速度和較深的成像深度,但近紅外波段的光本身會導(dǎo)致分辨率較低?;诙喙庾由限D(zhuǎn)換材料和時(shí)間編碼結(jié)構(gòu)光顯微鏡的高速超分辨成像系統(tǒng)(MUTE-SIM)是由清華大學(xué)教授和北京大學(xué)彭研究員合作開發(fā)的??蓪?shí)現(xiàn)50MHz的超高掃描速度,突破衍射極限,實(shí)現(xiàn)超分辨率成像。與普通熒光顯微鏡相比,該顯微鏡經(jīng)過改進(jìn),只需要較低的激發(fā)功率。這種超快、低功耗、多光子超分辨率技術(shù)在高分辨率生物深層組織成像中具有長遠(yuǎn)的應(yīng)用前景。多光子顯微鏡市場集中,由于投產(chǎn)生產(chǎn)的成本較高,技術(shù)難度大,目前涌現(xiàn)的新企業(yè)不多。

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對于兩個(gè)遠(yuǎn)距離(相距1-2mm以上)的成像部位,通常采用兩個(gè)**的路徑進(jìn)行成像;對于相鄰區(qū)域,通常使用單個(gè)物鏡的多個(gè)光束進(jìn)行成像。多光束掃描技術(shù)必須特別注意激發(fā)光束之間的串?dāng)_,這可以通過事后光源分離或時(shí)空復(fù)用來解決。事后光源分離法是指分離光束以消除串?dāng)_的算法;時(shí)空復(fù)用法是指同時(shí)使用多個(gè)激發(fā)光束,每個(gè)光束的脈沖在時(shí)間上被延遲,使不同光束激發(fā)的單個(gè)熒光信號可以暫時(shí)分離。引入的光束越多,可以成像的神經(jīng)元越多,但多束會導(dǎo)致熒光衰減時(shí)間重疊增加,從而限制了分辨信號源的能力;并且復(fù)用對電子設(shè)備的工作速度要求很高;大量的光束也需要較高的激光功率來維持單束的信噪比,這樣容易導(dǎo)致組織損傷。點(diǎn)掃描多光子顯微鏡可以深入樣本并捕捉高質(zhì)量的圖像,但這個(gè)過程極其緩慢,因?yàn)閳D像是一次形成一個(gè)點(diǎn)。飛秒激光多光子顯微鏡單分子成像定位

世界多光子激光掃描顯微鏡產(chǎn)業(yè)主要布局在德國和日本,德國是徠卡顯微系統(tǒng)和蔡司。美國全自動多光子顯微鏡成像深度

光學(xué)成像技術(shù)與分子生物學(xué)技術(shù)的結(jié)合為研究上述科學(xué)問題提供了條件與可能。因此,在現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)上,急需發(fā)展新的成像技術(shù)。在動物體內(nèi),如何實(shí)現(xiàn)基因表達(dá)及蛋白質(zhì)之間相五作用的實(shí)時(shí)在體成像監(jiān)測是當(dāng)前迫切需要解決的重大科學(xué)技術(shù)問題。這是也生物學(xué)、信息科學(xué)(光學(xué))和基礎(chǔ)臨床醫(yī)學(xué)等學(xué)科共同感興趣的重大問題。對這-一一科學(xué)問題的研究不僅有助于闡明生命活動的基本規(guī)律、認(rèn)識疾病的發(fā)展規(guī)律,而且對創(chuàng)新藥物研究、藥物療效評價(jià)以及發(fā)展疾病早期診斷技術(shù)等產(chǎn)生重大影響。美國全自動多光子顯微鏡成像深度

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