Ultima Investigator多光子顯微鏡研究

對(duì)于雙光子(2P)成像，散焦和近表面熒光激發(fā)是兩個(gè)相對(duì)較大的深度限制因素，而對(duì)于三光子(3P)成像，這兩個(gè)問(wèn)題**減少。  然而，由于熒光團(tuán)的吸收截面遠(yuǎn)小于2P，三光子成像需要更高的脈沖能量才能獲得與2P相同激發(fā)強(qiáng)度的熒光信號(hào)。  功能性3P顯微鏡比結(jié)構(gòu)性3P顯微鏡要求更高，后者需要更快的掃描速度以便及時(shí)采樣神經(jīng)元活動(dòng)。  為了在每個(gè)像素的停留時(shí)間內(nèi)收集足夠的信號(hào)，需要更高的脈沖能量。  復(fù)雜的行為通常涉及大規(guī)模的大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)既有本地連接，也有遠(yuǎn)程連接。  為了將神經(jīng)元的活動(dòng)與行為聯(lián)系起來(lái)，需要同時(shí)監(jiān)測(cè)* * *分布的超大型神經(jīng)元的活動(dòng)。  大腦中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將在幾十毫秒內(nèi)處理輸入的刺激。  為了理解這種快速神經(jīng)元?jiǎng)恿W(xué)，MPM需要快速成像神經(jīng)元的能力。  快速M(fèi)PM方法可分為單束掃描技術(shù)和多束掃描技術(shù)。  多光子顯微鏡，突破光學(xué)成像技術(shù)極限，開(kāi)啟生命科學(xué)新紀(jì)元。Ultima Investigator多光子顯微鏡研究

    對(duì)于雙光子（2P）成像而言，離焦和近表面熒光激發(fā)是兩個(gè)比較大的深度限制因素，而對(duì)于三光子（3P）成像這兩個(gè)問(wèn)題大大減小，但是三光子成像由于熒光團(tuán)的吸收截面比2P要小得多，所以需要更高數(shù)量級(jí)的脈沖能量才能獲得與2P激發(fā)的相同強(qiáng)度的熒光信號(hào)。功能性3P顯微鏡比結(jié)構(gòu)性3P顯微鏡的要求更高，它需要更快速的掃描，以便及時(shí)采樣神經(jīng)元活動(dòng)；需要更高的脈沖能量，以便在每個(gè)像素停留時(shí)間內(nèi)收集足夠的信號(hào)。復(fù)雜的行為通常涉及到大型的大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)既具有局部的連接又具有遠(yuǎn)程的連接。要想將神經(jīng)元活動(dòng)與行為聯(lián)系起來(lái)，需要同時(shí)監(jiān)控非常龐大且分布普遍的神經(jīng)元的活動(dòng)，大腦中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會(huì)在幾十毫秒內(nèi)處理傳入的刺激，要想了解這種快速的神經(jīng)元?jiǎng)恿W(xué)，就需要MPM具備對(duì)神經(jīng)元進(jìn)行快速成像的能力?？焖費(fèi)PM方法可分為單束掃描技術(shù)和多束掃描技術(shù)。 離體多光子顯微鏡成像分辨率高效激發(fā)，長(zhǎng)波長(zhǎng)照射，多光子顯微鏡提升樣品存活率。

要想實(shí)現(xiàn)離散的軸向重新聚焦，需要在OBJ1的焦平面中放置一個(gè)階梯鏡（圖3b）。當(dāng)入射激光束被OBJ1聚焦到的焦平面恰好與階梯重合時(shí)，被反射的激光將在無(wú)窮大的空間中成為準(zhǔn)直光束，并在OBJ2的焦平面上形成激光光斑。并且返回的激光束會(huì)被GSM消除橫向掃描，即OBJ2形成的焦點(diǎn)不會(huì)進(jìn)行橫向掃描，實(shí)現(xiàn)軸向掃描。如果激光點(diǎn)被掃描到與焦平面不一致的階梯，則會(huì)形成遠(yuǎn)離鏡面的激光焦點(diǎn)，返回的激光束會(huì)在無(wú)窮大的空間中會(huì)聚或發(fā)散，進(jìn)而導(dǎo)致由OBJ2形成的激光焦點(diǎn)也在軸向重新聚焦，通過(guò)這種方式即能實(shí)現(xiàn)離散的軸向掃描。對(duì)于已精確匹配兩個(gè)物鏡光瞳的光學(xué)裝置，不會(huì)引入像差。為了進(jìn)行連續(xù)的軸向重新聚焦，將階梯鏡替換為稍微傾斜的平面鏡，同時(shí)入射的激光焦點(diǎn)也需要被傾斜，使得其以垂直于鏡面的方向入射，通過(guò)相對(duì)入射激光束稍微平移OBJ1即可實(shí)現(xiàn)這種傾斜。

    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(lái)，通過(guò)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(dòng)會(huì)限制軸向掃描速度，ETL會(huì)引入球面像差和更高階像差，從而無(wú)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(wú)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(duì)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(duì)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。 多光子顯微鏡使用高能量鎖模脈沖激光器。

1，光源、光路高度整合通過(guò)精密的設(shè)計(jì)，將飛秒激光器、掃描振鏡、PMT、濾光片組，甚至是單光子熒光光路全套整合在一個(gè)不大的掃描頭（ScanHead）內(nèi)，無(wú)論掃描頭如何移動(dòng)，掃描頭內(nèi)的光路都可以保持穩(wěn)定不變，從而實(shí)現(xiàn)了超穩(wěn)定、免維護(hù)的特點(diǎn)。2，配合多維度、高精度機(jī)械控制系統(tǒng)。掃描頭直接架設(shè)在一個(gè)多維運(yùn)動(dòng)的機(jī)械裝置上，可沿任意方向和角度移動(dòng)掃描頭，方便對(duì)動(dòng)物樣本進(jìn)行多方位的掃描觀察。而這在常規(guī)方案的多光子顯微鏡上有很大的實(shí)現(xiàn)難度，不但需要多個(gè)關(guān)節(jié)組合的光路導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，并且在這些關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，都冒著極大的光路偏移的風(fēng)險(xiǎn)，以至于在使用一段時(shí)間后都需要對(duì)光路進(jìn)行再次校準(zhǔn)，而這樣的問(wèn)題在我司上則完全不會(huì)發(fā)生。3.一機(jī)多能。多光子顯微鏡，為疾病診斷和藥物研發(fā)提供強(qiáng)大支持。美國(guó)熒光多光子顯微鏡原理

利用多光子顯微鏡，進(jìn)行無(wú)損、高分辨率的生物組織層析成像。Ultima Investigator多光子顯微鏡研究

隨著生物分子光學(xué)標(biāo)記技術(shù)的不斷進(jìn)步，光學(xué)技術(shù)在揭示生命活動(dòng)基本規(guī)律的研究中正發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，也為醫(yī)學(xué)診療提供了更多、更有效的手段。生物醫(yī)學(xué)光學(xué)（BiomedicalOptics）是近年來(lái)受到國(guó)際光學(xué)界和生物醫(yī)學(xué)界關(guān)注的研究熱點(diǎn)，在生物活檢、光動(dòng)力、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能檢測(cè)、基因表達(dá)規(guī)律的在體研究等問(wèn)題上取得了一系列研究成果，目前正在從宏觀到微觀上對(duì)大腦活動(dòng)與功能進(jìn)行多層面的研究。細(xì)胞重大生命活動(dòng)（包括細(xì)胞增殖、分化、凋亡及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)）的發(fā)生和調(diào)節(jié)是通過(guò)生物大分子間（如蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-核酸等）相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。蛋白質(zhì)作為基因調(diào)控的產(chǎn)物，與細(xì)胞和機(jī)體生理過(guò)程代謝直接相關(guān)，深入研究基因表達(dá)及蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用不僅能揭示生命活動(dòng)的基本規(guī)律，同時(shí)也能深入了解疾病發(fā)生的分子機(jī)理，進(jìn)而為尋找更有效的藥物分子、提高藥物篩選和藥物設(shè)計(jì)的效率提供新的方法和思路。Ultima Investigator多光子顯微鏡研究