美國(guó)模塊化多光子顯微鏡Ultima 2P Plus

來源: 發(fā)布時(shí)間:2023-04-18

有許多方法可以實(shí)現(xiàn)快速光柵掃描,例如使用振鏡進(jìn)行快速2D掃描,以及將振鏡與可調(diào)電動(dòng)透鏡相結(jié)合進(jìn)行快速3D掃描。而可調(diào)電動(dòng)式鏡頭由于機(jī)械慣性的限制,無(wú)法在軸向快速切換焦點(diǎn),影響成像速度?,F(xiàn)在它可以被空間光調(diào)制器(SLM)取代。遠(yuǎn)程對(duì)焦也是實(shí)現(xiàn)3D成像的一種手段,如圖2所示。LSU模塊中,掃描振鏡水平掃描,ASU模塊包括物鏡L1和反射鏡M,通過調(diào)整M的位置實(shí)現(xiàn)軸向掃描該技術(shù)不僅可以校正主物鏡L2引入的光學(xué)像差,還可以進(jìn)行快速軸向掃描。為了獲得更多的神經(jīng)元成像,可以通過調(diào)整顯微鏡的物鏡設(shè)計(jì)來放大FOV。然而,大NA和大FOV的物鏡通常很重,不能快速移動(dòng)以進(jìn)行快速軸向掃描,因此大FOV系統(tǒng)依賴于遠(yuǎn)程聚焦、SLM和可調(diào)電動(dòng)透鏡。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(guó)模塊化多光子顯微鏡Ultima 2P Plus

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    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(guó)和日本,德國(guó)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(chǎng)64.44%的市場(chǎng)份額,其發(fā)展戰(zhàn)略左右著多光子激光掃描顯微鏡市場(chǎng)的走向。目前世界市場(chǎng)對(duì)多光子激光掃描顯微鏡的需求在增長(zhǎng),中國(guó)市場(chǎng)這方面的需求增長(zhǎng)更快,未來五年多光子激光掃描顯微鏡市場(chǎng)的發(fā)展在中國(guó)將具有很大的發(fā)展?jié)摿?。美?guó)模塊化多光子顯微鏡Ultima 2P Plus多光子顯微鏡在基礎(chǔ)科學(xué)和臨床診斷領(lǐng)域的應(yīng)用范圍正在持續(xù)增長(zhǎng)。

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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,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)。  

因斯蔻浦(上海)生物科技有限公司 雙光子顯微鏡的基本原理是:在高光子密度的情況下,熒光分子可以同時(shí)吸收 2 個(gè)長(zhǎng)波長(zhǎng)的光子,在經(jīng)過一個(gè)很短的所謂激發(fā)態(tài)壽命的時(shí)間后,發(fā)射出一個(gè)波長(zhǎng)較短的光子;其效果和使用一個(gè)波長(zhǎng)為長(zhǎng)波長(zhǎng)一半的光子去激發(fā)熒光分子是相同的。雙光子激發(fā)需要很高的光子密度,為了不損傷細(xì)胞,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,其脈沖寬度只有 100 飛秒,而其周期可以達(dá)到 80至100兆赫茲。在使用高數(shù)值孔徑的物鏡將脈沖激光的光子聚焦時(shí),物鏡的焦點(diǎn)處的光子密度是比較高的,雙光子激發(fā)只發(fā)生在物鏡的焦點(diǎn)上,所以雙光子顯微鏡不需要共聚焦***,提高了熒光檢測(cè)效率。多光子顯微鏡可以進(jìn)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。

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對(duì)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(duì)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(hào)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(huì)導(dǎo)致熒光衰減時(shí)間重疊增加,從而限制了分辨信號(hào)源的能力;并且復(fù)用對(duì)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。多光子顯微鏡市場(chǎng)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。美國(guó)多光子顯微鏡設(shè)備

多光子顯微鏡使用高能量鎖模脈沖激光器。美國(guó)模塊化多光子顯微鏡Ultima 2P Plus

2020年,TonmoyChakraborty等人提出了加速2PM軸向掃描速度的方法[2]。在光學(xué)顯微鏡中,物鏡或樣品緩慢的軸向掃描速度限制了體成像的速度。近年來,通過使用遠(yuǎn)程聚焦技術(shù)或電調(diào)諧透鏡(ETL)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了快速軸向掃描。但遠(yuǎn)程對(duì)焦時(shí)對(duì)反射鏡的機(jī)械驅(qū)動(dòng)會(huì)限制軸向掃描速度,ETL會(huì)引入球差和高階像差,無(wú)法進(jìn)行高分辨率成像。為了克服這些限制,該小組引入了一種新的光學(xué)設(shè)計(jì),可以將橫向掃描轉(zhuǎn)換為無(wú)球面像差的軸向掃描,以實(shí)現(xiàn)高分辨率成像。有兩種方法可以實(shí)現(xiàn)這種設(shè)計(jì)。***個(gè)可以執(zhí)行離散的軸向掃描,另一個(gè)可以執(zhí)行連續(xù)的軸向掃描。如圖3a所示,特定裝置由兩個(gè)垂直臂組成,每個(gè)臂具有4F望遠(yuǎn)鏡和物鏡。遠(yuǎn)程聚焦臂由振鏡掃描鏡(GSM)和空氣物鏡(OBJ1)組成,另一個(gè)臂(稱為照明臂)由浸沒物鏡(OBJ2)組成。兩個(gè)臂對(duì)齊,使得GSM與兩個(gè)物鏡的后焦平面共軛。準(zhǔn)直后的激光束經(jīng)偏振分束器反射進(jìn)入遠(yuǎn)程聚焦臂,由GSM進(jìn)行掃描,使OBJ1產(chǎn)生的激光焦點(diǎn)可以進(jìn)行水平掃描。美國(guó)模塊化多光子顯微鏡Ultima 2P Plus

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