清醒動物多光子顯微鏡峰值功率密度

多光子激光掃描顯微鏡行業(yè)發(fā)展，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，德國是以徠卡顯微系統(tǒng)和蔡司為，而日本以尼康和奧林巴斯公司為，2020年，上述企業(yè)占據(jù)著世界多光子激光掃描顯微鏡市場 64.44%的市場份額，其發(fā)展戰(zhàn)略左右著多光子激光掃描顯微鏡市場的走向。目前世界市場對多光子激光掃描顯微鏡的需求在增長，中國市場這方面的需求增長更快，未來五年多光子激光掃描顯微鏡市場的發(fā)展在中國將具有很大的發(fā)展?jié)摿Α６喙庾映上袷且环N非線性的過程，信號產(chǎn)生要求功率密度達到MW/cm2的量級。清醒動物多光子顯微鏡峰值功率密度

對于雙光子成像而言，離焦和近表面熒光激發(fā)是兩個比較大的深度限制因素，而對于三光子成像這兩個問題大大減小，但是三光子成像由于熒光團的吸收截面比2P要小得多，所以需要更高數(shù)量級的脈沖能量才能獲得與2P激發(fā)的相同強度的熒光信號。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，以便及時采樣神經(jīng)元活動；需要更高的脈沖能量，以便在每個像素停留時間內(nèi)收集足夠的信號。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程的連接。要想將神經(jīng)元活動與行為聯(lián)系起來，需要同時監(jiān)控非常龐大且分布普遍的神經(jīng)元的活動，大腦中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會在幾十毫秒內(nèi)處理傳入的刺激，要想了解這種快速的神經(jīng)元動力學(xué)，就需要MPM具備對神經(jīng)元進行快速成像的能力。快速MPM方法可分為單束掃描技術(shù)和多束掃描技術(shù)。美國在體多光子顯微鏡多光子激發(fā)多光子顯微鏡可以進行深層成像，且具有三維成像的能力，可以應(yīng)用于拍攝不透明的厚樣品。

    雙光子顯微鏡工作原理是將超快的紅外激光脈沖傳輸?shù)綐悠分?，在樣品中與組織或熒光標記相互作用，這些組織或熒光標記發(fā)出用于創(chuàng)建圖像的信號。雙光子顯微鏡被多用于生物學(xué)研究，因為它能夠產(chǎn)生高分辨率的3-D圖像，深度達1毫米。然而，這些優(yōu)點帶來了有限的成像速度，因為微光條件需要逐點圖像采集和重建的點檢測器。為了加快成像速度，科學(xué)家之前開發(fā)了一種多焦點激光照明方法，該方法使用數(shù)字微鏡設(shè)備(DMD)，這是一種通常用于投影儀的低成本光掃描儀。此前人們認為這些DMD不能與超快激光一起工作。然而現(xiàn)在解決了這個問題，這使得DMD在超快激光應(yīng)用中得以應(yīng)用，這些應(yīng)用包括光束整形、脈沖整形、快速掃描和雙光子成像。DMD在樣品內(nèi)隨機選擇的位置上產(chǎn)生5到30點聚焦激光。

比較兩表格中的相關(guān)參數(shù)可以看出，基于分子光學(xué)標記的成像技術(shù)已經(jīng)在生物活檢和基因表達規(guī)律方面展示了較大的優(yōu)勢。例如，正電子發(fā)射斷層成像（PET）可實現(xiàn)對分子代謝的成像，空間分辨率∶1-2mm，時間分辨率;分鐘量級。與PET比較，光學(xué)成像的應(yīng)用場合更廣（可測量更多的參數(shù)，請參見表1-1），且具有更高的時間分辨率（秒級），空間分辨率可達到微米。因此，二者相比，雖然光學(xué)成像在測量深度方面不及PET，但在測量參數(shù)種類與時空分辨率方面有一定優(yōu)勢。對于小動物（如小白鼠）研究來說，光學(xué)成像技術(shù)可以實現(xiàn)小動物整體成像和在體基因表達成像。例如，初步研究表明，熒光介導(dǎo)層析成像可達到近10cm的測量深度;基于多光子激發(fā)的顯微成像技術(shù)可望實現(xiàn)小鼠體內(nèi)基因表達的實時在體成像。利用多光子顯微鏡的光遺傳學(xué)操作能力，我們可以對某類神經(jīng)元的ji活和失活進行高精度的操作。

2020年，JianglaiWu等人提出提高2PM橫向掃描速率的裝置，稱為FACED（free-spaceangular-chirp-enhanceddelay）。圓柱透鏡將激光束一維聚焦，會聚角為Δθ。光束進入到一對幾乎平行的高反射鏡中，其間距為S，偏角為α。經(jīng)過反射鏡多次反射后，激光脈沖被分成多個傳播方向不同的子脈沖（N=Δθ/α），脈沖間以2S/c的時間延遲（c，光速）回射。FACED模塊輸出處的子脈沖序列可以看作從虛擬光源陣列發(fā)出的光，這些子脈沖在中繼到顯微鏡物鏡后形成了一個空間上分離且時間延遲的焦點陣列。然后將該模塊并入具有高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的標準雙光子熒光顯微鏡中。光源是具有1MHz重復(fù)頻率的920nm的激光器，通過FACED模塊可產(chǎn)生80個脈沖焦點，其脈沖時間間隔為2ns。這些焦點是虛擬源的圖像，虛擬源越遠，物鏡處的光束尺寸越大，焦點越小。光束沿y軸比x軸能更好地充滿物鏡，從而導(dǎo)致x軸的橫向分辨率為0.82μm，y軸的橫向分辨率為0.35μm。目前主要使用的多光子顯微鏡包括雙光子顯微鏡和三光子顯微鏡。全自動多光子顯微鏡方案

多光子顯微鏡在臨床前評價IA形態(tài)、細胞外基質(zhì)、細胞密度和血管形成等方面顯示出強大的作用。清醒動物多光子顯微鏡峰值功率密度

儀器儀表是用以檢出、測量、觀察、計算各種物理量、物質(zhì)成分、物性參數(shù)等的器具或設(shè)備。真空檢漏儀、壓力表、測長儀、顯微鏡、乘法器等均屬于儀器儀表。近年來，得益于機械、冶金、石化行業(yè)等儀器儀表服務(wù)領(lǐng)域經(jīng)營狀況的好轉(zhuǎn)，我國儀器儀表制造業(yè)發(fā)展一路向好。儀器儀表在工業(yè)生產(chǎn)過程中扮演著重要的角色，用到各種各樣的儀器儀表，如nVista，nVoke，3D bioplotte，invivo等為工業(yè)的檢驗、測量和計量提供技術(shù)支撐。在國民經(jīng)濟運行中，生物科技，醫(yī)藥科技領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)開發(fā)、技術(shù)咨詢、技術(shù)服務(wù)、技術(shù)轉(zhuǎn)讓，實驗室設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療器械、計算機、軟件及輔助設(shè)備銷售，計算機數(shù)據(jù)處理，貨物及技術(shù)進出口業(yè)務(wù)。 成像平臺： 1. Inscopix自由活動超微顯微成像系統(tǒng) 2. DiveScope多通道內(nèi)窺鏡系統(tǒng) 3. 雙光子顯微鏡 動物行為學(xué)平臺： 1. PiezoSleep無創(chuàng)睡眠檢測系統(tǒng) 2. 自身給藥、條件恐懼、斯金納、睡眠剝奪、跑步機、各類經(jīng)典迷宮等 神經(jīng)電生理： 1.NeuroNexus神經(jīng)電極 2.多通道電生理信號采集系統(tǒng) 3.膜片鉗系統(tǒng) 4.AO功能神經(jīng)外科臨床電生理平臺 顯微細胞： 1. UnipicK單細胞挑選及顯微切割系統(tǒng) 科研/臨床級3D打印 1. 德國envisionTEC 3D Bioplotter生物打印機 2. 韓國Invivo醫(yī)療級生物打印機等。等設(shè)備是提高勞動生產(chǎn)率的倍增器，對國民經(jīng)濟有著巨大的作用和影響力。美國商業(yè)部地區(qū)技術(shù)和標準研究院（NIST）提出的報告稱：美國90年代儀器儀表工業(yè)產(chǎn)值只占工業(yè)總產(chǎn)值的4%，但它對國民經(jīng)濟（GNP）的影響面卻達到66%。從銷售廣義角度來說，儀器儀表也可具有自動操控、報警、信號傳遞和數(shù)據(jù)處理等功能，例如用于工業(yè)生產(chǎn)過程自動操控中的氣動調(diào)節(jié)儀表，和電動調(diào)節(jié)儀表，以及集散型儀表操控系統(tǒng)也皆屬于儀器儀表。清醒動物多光子顯微鏡峰值功率密度