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,熒光分子可以同時吸收2個長波長的光子,在經(jīng)過一個很短的所謂激發(fā)態(tài)壽命的時間后,發(fā)射出一個波長較短的光子;其效果和使用一個波長為長波長一半的光子去激發(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,物鏡的焦點處的光子密度是比較高的,雙光子激發(fā)只發(fā)生在物鏡的焦點上,所以雙光子顯微鏡不需要共聚焦***,提高了熒光檢測效率。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。美國清醒動物多光子顯微鏡Ultima 2P Plus
作為一個多學(xué)科、知識密集型和資金密集型的高科技產(chǎn)業(yè),多光子顯微鏡涉及醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、電子學(xué)、工程學(xué)等多個學(xué)科。其生產(chǎn)工藝相對復(fù)雜,進入門檻較高。它是衡量一個國家制造業(yè)和高科技發(fā)展水平的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。在過去的五年里,多光子顯微鏡的市場是集中的。由于投產(chǎn)成本高,技術(shù)難度大,目前涌現(xiàn)的新企業(yè)并不多。顯微鏡作為傳統(tǒng)的高科技產(chǎn)業(yè),并沒有被其他技術(shù)顛覆,而是一直在不斷融合發(fā)展相關(guān)技術(shù),在醫(yī)療等精密檢測領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。顯微鏡的商業(yè)化發(fā)展已進入成熟階段,主要需求來自教學(xué)、生命科學(xué)研究和精密測試等。全球市場呈現(xiàn)溫和增長趨勢。而顯微鏡產(chǎn)品(如多光子顯微鏡、電子顯微鏡)正在刺激市場需求,多光子顯微鏡市場發(fā)展?jié)摿薮蟆C绹逍褎游锒喙庾语@微鏡Ultima 2P Plus多光子顯微鏡的發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢。
在多光子顯微鏡(也稱為非線性或雙光子顯微鏡)中,以兩倍正常激發(fā)波長照射樣品。更長的波長是有利的,因為它們可以更深地穿透樣品進行3D成像,并且因為它們不會損壞樣品,從而延長樣品壽命。為了實現(xiàn)多光子激發(fā),照明光束在空間上聚焦(使用光學(xué)器件),同時使用高能短脈沖激發(fā)光束以提高兩個(或更多)光子同時到達同一位置(即熒光團分子)的概率。多光子顯微技術(shù)的例子包括二次諧波產(chǎn)生(SHG)、三次諧波產(chǎn)生(THG)、相干反斯托克斯拉曼光譜(CARS)和受激發(fā)射耗盡(STED)顯微技術(shù)。由于這些技術(shù)中的每一種都使用脈沖激光器,因此選擇能夠比較大限度地減少脈沖色散的光學(xué)組件很重要,并且激光反射二向色鏡應(yīng)具有低GDD特性。
SternandJeanMarx在評論中說:祖家能夠在更為精細(xì)的層次研究樹突的功能,這在以前是完全不可能的。新的技術(shù)(如腦片的膜片鉗和雙光子顯微使人們對樹突的計算和神經(jīng)信號處理中的作用有了更好的理解。他們解釋了是樹突模式和形狀多樣性,及其獨特的電、及其獨特的電化學(xué)特征使神經(jīng)元完成了一系列的專門任務(wù)。雙光子與共聚焦在發(fā)育生物學(xué)中的應(yīng)用雙光子∶每2.5分鐘掃描一次,觀察24小時,發(fā)育到桑椹胚和胚泡階段共聚焦∶每15分鐘掃描一次,觀察8小時后細(xì)胞分裂停止,不能發(fā)育到桑椹胚和胚泡階段共聚焦激發(fā)時的細(xì)胞存活率為多光子系統(tǒng)的10~20%。全球多光子顯微鏡主要消費地區(qū)分析,包括消費量及份額等。
多光子激發(fā)掃描顯微成像系統(tǒng)的不足。只能對熒光成像。如果樣品包括能夠吸收激發(fā)光的色團,如色素,樣品可能受到熱損傷。分辨率略有降低,雖然可以通過同時利用共焦的小孔得到改善,但是信號會有損耗。受昂貴的超快激光器限制,多光子掃描顯微鏡的成本較高。多光子激發(fā)顯微鏡應(yīng)用舉例。動物和腦片神經(jīng)細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能、動物腦皮層的成像、胚胎發(fā)育過程的長時間動態(tài)觀測、多光子激發(fā)光解籠、細(xì)胞內(nèi)微區(qū)鈣動力學(xué)、多光子激發(fā)自發(fā)熒光、其它應(yīng)用。多光子顯微鏡涉及醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、電子學(xué)、工程學(xué)等學(xué)科,生產(chǎn)工藝相對復(fù)雜,進入門檻較高。美國嚙齒類多光子顯微鏡數(shù)據(jù)采集
突破傳統(tǒng)光學(xué)成像極限,多光子顯微鏡適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境。美國清醒動物多光子顯微鏡Ultima 2P Plus
多光子顯微優(yōu)點:☆光損傷小:由于雙光子顯微鏡使用的是可見光或近紅外光作為激發(fā)光源,這一波段的光對細(xì)胞和組織的光損傷小,適用于長時間的研究;☆穿透能力強:相對于紫外光,可見光和近紅外光都具有更強的穿透能力,因而受生物組織散射的影響更小,解決對生物組織中深層物質(zhì)的層析成像研究問題;☆高分辨率:由于雙光子吸收截面很小,只有在焦平面很小的區(qū)域內(nèi)可以激發(fā)出熒光,雙光子吸收*局限于焦點處的體積約為波長3次方的范圍內(nèi);☆漂白區(qū)域?。河捎诩ぐl(fā)只存在于交點處,所以焦點以外的區(qū)域都不會發(fā)生光漂白現(xiàn)象;☆熒光收集率高:與共聚焦成像相比,雙光子成像不需要光學(xué)濾波器,這樣就提高了對熒光的收集率,而收集率的提高直接導(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,因而瑞利散射產(chǎn)生的背景噪聲只有單光子激發(fā)時的1/16,降低了散射的干擾;☆光子躍遷具有很強的選擇激發(fā)性,所以可以對生物組織中一些特殊物質(zhì)進行成像研究;☆避免組織自發(fā)熒光的干擾,獲得較強的樣品熒光:生物組織中的自發(fā)熒光物質(zhì)的激發(fā)波長一般在350~560nm范圍內(nèi),采用近紅外或紅外波段的激光作為光源,能**降低生物組織對激發(fā)光吸收。美國清醒動物多光子顯微鏡Ultima 2P Plus