雙光子顯微鏡是激光掃描共聚焦顯微鏡和雙光子激發(fā)技術(shù)相結(jié)合的新技術(shù)。雙光子激發(fā)的基本原理是:在光子密度較高的情況下,熒光分子可以同時吸收兩個波長較長的光子,經(jīng)過短暫的所謂激發(fā)態(tài)壽命后,發(fā)射一個波長較短的光子;效果和用波長為長波長一半的光子激發(fā)熒光分子是一樣的。雙(多)光子成像的優(yōu)點是具有更深的組織穿透深度,紅外光可以在平面上探測到極限為1mm的組織區(qū)域;因為信號背景比高,所以具有更高的對比度;由于激發(fā)體積小,具有定點激發(fā)、光毒性小的特點;激發(fā)波長由紫外、可見光調(diào)整為紅外激發(fā),更加安全。雙光子顯微鏡的性能得到不斷地優(yōu)化,結(jié)合它的特點,大致可以分成深和活兩個方面的提升。美國布魯克雙光子顯微鏡聯(lián)系方式
首先,雙光子成像采用波長范圍約在700~1000 nm的近紅外光激發(fā),在組織中的散射系數(shù)較小,穿透性很好,因此非常適合厚樣本的觀察。同時,由于是近紅外光激發(fā),也能避免樣品中激發(fā)波長較短的自發(fā)熒光物質(zhì)的干擾,可獲得較強的熒光信號(如下圖)。所以雙光子成像具有較深的穿透力和較小的光毒性。通常在活物腦組織中雙光子顯微鏡有效成像深度可達200~500 μm,能夠較好地進行三維成像。雙光子成像的另一大優(yōu)勢在于精確的空間點聚焦性。一般條件下,物質(zhì)只會被單光子激發(fā),只有在光子密度足夠高的情況下,物質(zhì)才會吸收兩個光子從而被激發(fā),所以,雙光子只會在光子密度蕞高的物鏡焦點附近發(fā)生,很少產(chǎn)生焦平面外的雜散光(如下圖)。這種性質(zhì)既提高了成像質(zhì)量,也降低了樣本的光漂白、光損傷區(qū)域?;谶@些優(yōu)勢,使得雙光子顯微鏡非常適合對活細胞、活組織進行長時間在體成像。國外ultimainvestigator雙光子顯微鏡應(yīng)用雙光子顯微鏡廠家就找因斯蔻浦(上海)生物科技有限公司;
臨研所、病理科和科研處邀請北京大學(xué)王愛民副教授在2020年12月22日做了題目為“新一代微型雙光子顯微成像系統(tǒng)介紹及其在臨床醫(yī)療診斷”的學(xué)術(shù)報告。學(xué)術(shù)報告由臨研所醫(yī)學(xué)實驗研究平臺潘琳老師主持。王愛民,北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院副教授,畢業(yè)于北京大學(xué)物理系,獲學(xué)士、碩士學(xué)位,后于英國巴斯大學(xué)物理系獲博士學(xué)位。該研究組研發(fā)的微型雙光子顯微鏡,第1次在國際上獲得了小鼠大腦神經(jīng)元和神經(jīng)突觸清晰穩(wěn)定的動態(tài)信號,該成果獲得了2017年度“中國光學(xué)進展”和“中國科學(xué)進展”,并被NatureMethods評為2018年度“年度方法--無限制行為動物成像”。目前,該研究組正在研究新一代雙光子顯微成像技術(shù)在臨床診斷中的應(yīng)用,為未來即時病理、離體組織檢測、術(shù)中診斷等提供新型的影像手段和分析方法。
隨著技術(shù)的發(fā)展,雙光子顯微鏡的性能不斷優(yōu)化。結(jié)合其特點,大致可以分為兩個方面:深入和主動改進。為了使激發(fā)激光進入更深的層次,可以從器件優(yōu)化和標本改造兩個方面入手。關(guān)于器件的優(yōu)化,我們可以把激光束做得更細,集中能量,讓激光穿透得更深。對于樣品,物質(zhì)的吸收和散射是影響光傳播的主要因素。為了解決這個問題,我們需要將樣本透明化。一種方法是用某種物質(zhì)浸泡標本,使其中的物質(zhì)(主要是脂質(zhì))被破壞或溶解。另一種方法是通過電泳電解脂類,從而提高標本的“透明度”。對于顯微成像技術(shù)包含:寬場熒光顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡、轉(zhuǎn)盤共聚焦顯微鏡、雙光子顯微鏡。
隨著技術(shù)的發(fā)展,雙光子顯微鏡的性能得到不斷地優(yōu)化,結(jié)合它的特點,大致可以分成深和活兩方面的提升。要想讓激發(fā)激光進入更深的層面,大致可從兩個方面入手,裝置優(yōu)化與標本改造。關(guān)于裝置優(yōu)化,我們可以把激光束變得更細,使能量更加集中,就能讓激光穿透更深。關(guān)于標本,其中影響光傳播的主要是物質(zhì)吸收和散射,解決這個問題,我們需要對樣本進行透明化處理。一種方法是運用某種物質(zhì)將標本浸泡,使其中的物質(zhì)(主要是脂質(zhì))被破壞或溶解。另一種方法是運用電泳將脂質(zhì)電解,讓標本“透明度”提高。上海雙光子顯微鏡就找因斯蔻浦。美國bruker雙光子顯微鏡磷光壽命計數(shù)
雙光子顯微鏡使用高能量鎖模脈沖激光器。美國布魯克雙光子顯微鏡聯(lián)系方式
從雙光子的原理和特點,我們可以清楚地得出雙光子的優(yōu)點:☆光損傷小:由于雙光子顯微鏡采用可見光或近紅外光作為激發(fā)光源,因此該波段的光對細胞和組織的光損傷很小,適合長期研究;☆穿透能力強:與紫外光相比,可見光和近紅外光的穿透能力更強,因此受生物組織散射的影響更小,解決了生物組織深層物質(zhì)的層析成像問題;☆高分辨率:由于雙光子吸收的截面很小,只能在焦平面很小的區(qū)域激發(fā)熒光,雙光子吸收被限制在焦點處體積約為波長三次方的范圍內(nèi);☆漂白區(qū)域小:由于激發(fā)只存在于交點處,焦點外的區(qū)域不會發(fā)生光漂白;☆熒光收集率高:與共焦成像相比,雙光子成像不需要濾光片(共焦),提高了熒光收集率,直接導(dǎo)致圖像對比度的提高;☆圖像對比度高:由于熒光波長小于入射波長,瑞利散射產(chǎn)生的背景噪聲*為單光子激發(fā)產(chǎn)生的1/16,減少了散射的干擾;光子躍遷具有很強的選擇性激發(fā),因此可以用來對生物組織中的一些特殊物質(zhì)進行成像;美國布魯克雙光子顯微鏡聯(lián)系方式