進口bruker雙光子顯微鏡掃描深度

來源: 發(fā)布時間:2022-10-12

細胞內鈣離子作為重要的信號分子其作用具有時間性和空間性。當個細胞興奮時,產生了一個電沖動,此時,細胞外的鈣離子流入該細胞內,促使該細胞分泌神經遞質,神經遞質與相鄰的下一級神經細胞膜上的蛋白分子結合,促使這一級神經細胞產生新的電沖動。以此類推,神經信號便一級一級地傳遞下去,從而構成復雜的信號體系,終形成學習、記憶等大腦的高級功能。在哺乳動物神經系統(tǒng)中,鈣離子同樣扮演著重要的信號分子的角色。靜息狀態(tài)下大部分神經元細胞內鈣離子濃度約為50-100nM,而細胞興奮時鈣離子濃度能瞬間上升10-100倍,增加的鈣離子對于突觸囊泡胞吐釋放神經遞質的過程必不可少。眾所周知,只有游離鈣才具有生物學活性,而細胞質內鈣離子濃度由鈣離子的內外流平衡所決定,同時也受鈣結合蛋白的影響。細胞外鈣離子內流的方式有很多種,其中包括電壓門控鈣離子通道、離子型谷氨酰胺受體、煙堿型膽堿能受體(nAChR)和瞬時受體電位C型通道(TRPC)等。神經元鈣成像的原理就是利用特殊的熒光染料或鈣離子指示劑將神經元中鈣離子濃度的變化通過熒光強度表現(xiàn)出來,以反映神經元活性。該方法可以同時觀察多個功能或位置相關的腦細胞。雙光子顯微鏡的性能得到不斷地優(yōu)化,結合它的特點,大致可以分成深和活兩個方面的提升。進口bruker雙光子顯微鏡掃描深度

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2008年錢永健等人由于熒光蛋白(GFP,綠色熒光蛋白)的發(fā)現(xiàn)和使用,獲得了諾貝爾化學獎,是對熒光成像技術的一次巨大肯定和推動。光學成像本身具有高分辨率、高通量、非侵入和非毒性等特點,再與熒光蛋白以及熒光染料等標記物在細胞中的定位與表達技術相結合,使得科學家可以特異性的分辨生物體乃至細胞內部不同結構與成分,并且能夠在生命體和細胞仍具有活性的狀態(tài)下(狀態(tài))對其功能進行動態(tài)觀察。這就使得熒光成像技術成為了無可替代的,生物學家現(xiàn)今較為重要的技術手段之一。目前,大多數細胞生物學和生理學研究主要還是在離體培養(yǎng)的細胞體系中研究。然而與細胞生物學研究有所不同的是,大腦的功能研究的整體性和原位性顯得更加關鍵:只研究分離的神經元無法解釋神經系統(tǒng)的功能和規(guī)律。由于被觀測的信號會受到樣本組織的散射和吸收,根本無法穿透如此深的組織進行成像。而雙光子顯微鏡(Two-photonMicroscopy,簡稱TPM)的發(fā)明,則為此類研究帶來了希望。雙光子顯微鏡特有的非線性光學特性,再加上其工作波長處在紅外區(qū)域等特點,令其在生物體組織內的穿透深度較大提高,使得雙光子顯微鏡成為神經科學家進行神經成像較理想的工具。進口熒光激光雙光子顯微鏡商家電話優(yōu)勢來源于其雙光子光源的非線性光學效應。

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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。關于標本,其中影響光傳播的主要是物質吸收和散射,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將標本浸泡,使其中的物質(主要是脂質)被破壞或溶解。另一種方法是運用電泳將脂質電解,讓標本“透明度”提高。高光子密度帶來的高能量容易損傷細胞,所以雙光子顯微鏡使用高能量鎖模脈沖激光器。這種激光器發(fā)出的激光具有很高的峰值能量和很低的平均能量,其脈沖達到最大值所持續(xù)的周期只有十萬億分之一秒,而其頻率可以達到80至100兆赫,這樣即能達到雙光子激發(fā)的高光子密度要求,又能不損傷細胞,使掃描能更好地進行。

Denk很快就將雙光子顯微鏡用于神經元成像,而1997年在Svoboda測量完整老鼠大腦的錐體神經元的感官刺激誘導樹突鈣離子動態(tài)后,雙光子顯微鏡的潛能開始完全凸顯。值得一提的是,霍華德·休斯醫(yī)學院Svoboda實驗室和Thorlabs在2016年合作推出了一種強大的多光子介觀顯微鏡,其成像視場達到5毫米,能夠跨多個腦區(qū)進行高速功能成像。根據清華大學單一采購來源的**指導意見:這種顯微鏡的視場是普通雙光子顯微鏡的10倍。30年來,雙光子顯微鏡已成為較厚生物組織三維成像中不可或缺的工具。從雙光子到三光子甚至四光子,這種非線性成像技術通常也被統(tǒng)稱為多光子顯微鏡。下圖統(tǒng)計了自1990年以來每年發(fā)表的多光子顯微鏡文章數量,發(fā)展速度可見一斑。雙光子顯微鏡可以精確穿透較厚標本進行定點、有生命體的觀察!

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高光子密度帶來的高能量容易損傷細胞,所以雙光子顯微鏡使用高能量鎖模脈沖激光器。這種激光器發(fā)出的激光具有很高的峰值能量和很低的平均能量,其脈沖達到最大值所持續(xù)的周期只有十萬億分之一秒,而其頻率可以達到80至100兆赫,這樣即能達到雙光子激發(fā)的高光子密度要求,又能不損傷細胞,使掃描能更好地進行。雙光子顯微鏡在各領域研究中已有許多成功實例生物領域:貝爾實驗室的Svoboda等人研究了大腦皮層神經元細胞內鈣離子動力學情形。利用雙光子顯微鏡觀察到的現(xiàn)象證明了鈣離子的增加依賴于肌體觸發(fā)的鈉離子作用電勢。信息領域:美國科學家Rentzepis提出了一種在現(xiàn)有二維光盤的基礎上將數據儲存擴展到三維空間。由于雙光子激發(fā)具有作用精細體積小的特點,避免了層與層之間的互相干擾,極大地提高了數據儲存密度。雙光子顯微鏡在各領域研究中已有許多成功實例;國內bruker雙光子顯微鏡商家

雙光子顯微鏡有這么多優(yōu)點,那么雙光子顯微鏡有哪些應用呢?進口bruker雙光子顯微鏡掃描深度

微型化雙光子熒光顯微成像改變了在自由活動動物中觀察細胞和亞細胞結構的方式,可用于在動物覓食、哺乳、跳臺、打斗、嬉戲、睡眠等自然行為條件下,或者在學習前、學習中和學習后,長時程觀察神經突觸、神經元、神經網絡、遠程連接的腦區(qū)等多尺度、多層次動態(tài)變化。該成果在2016年底美國神經科學年會、2017年5月冷泉港亞洲腦科學專題會議上報告后,得到包括多位諾貝爾獎獲得者在內的國內外神經科學家的高度贊譽。冷泉港亞洲腦科學專題會議、美國明顯神經科學家加州大學洛杉磯分校的Alcino J Silva教授在評述中寫道,“從任何一個標準來看,這款顯微鏡都了一項重大技術發(fā)明,必將改變我們在自由活動動物中觀察細胞和亞細胞結構的方式。它所開啟的大門,甚至超越了神經元和樹突成像。系統(tǒng)神經生物學正在進入一個新的時代,即通過對細胞群體中可辨識的細胞和亞細胞結構的復雜生物學事件進行成像觀測,從而更加深刻地理解進化所造就的大腦環(huán)路實現(xiàn)復雜行為的重要工程學原理。毫無疑問,這項非凡的發(fā)明讓我們向著這一目標邁進了一步?!边M口bruker雙光子顯微鏡掃描深度

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