模塊化多光子顯微鏡焦點激發(fā)

針對雙光子熒光顯微鏡的特點，從理論上分析雙光子成像特點，并搭建一套時間、空間分辨率高，能實時、動態(tài)、多參數(shù)測量的雙光子熒光顯微鏡系統(tǒng)。具體系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)∶（1）能對不同染料的雙光子熒光進行探測;（2）用特定染料對樣品標記以后，能實現(xiàn)雙光子熒光的三維成像;（3）通過實驗的研究，改進雙光子熒光顯微成像系統(tǒng);（4）在保證成像質(zhì)量的前提下，簡化整個系統(tǒng)，使得實驗操作方便、安全。單光子激發(fā)熒光的過程，就是熒光分子吸收一個光子，從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，躍遷以后，能量較大的激發(fā)態(tài)分子，通過內(nèi)轉(zhuǎn)換把部分能量轉(zhuǎn)移給周圍的分子，自己回到比較低電子激發(fā)態(tài)的比較低振動能級。處于比較低電子激發(fā)態(tài)的比較低振動能級像在生物醫(yī)學(xué)光學(xué)成像研究中顯示了較大的優(yōu)勢。而在顯微成像中，雙光子熒光顯微鏡憑其獨有的優(yōu)點，成為研究細胞結(jié)構(gòu)和功能檢測的重要工具。1990年A.Mayer在Science上刊文展示了雙光子激光掃描熒光顯微鏡。模塊化多光子顯微鏡焦點激發(fā)

    繼首代小型化雙光子顯微鏡在國際上獲得小鼠自由行為過程中大腦神經(jīng)元和突觸的動態(tài)圖像后，我們成功研制了第二代小型化雙光子顯微鏡。它具有更大的成像視野和三維成像能力，可以清晰穩(wěn)定地對自由活動小鼠三維腦區(qū)的數(shù)千個神經(jīng)元進行成像，實現(xiàn)對同一批神經(jīng)元的一個月追蹤記錄。通過對微光學(xué)系統(tǒng)的重新設(shè)計系統(tǒng)的。微物鏡工作距離延長至1mm，實現(xiàn)無創(chuàng)成像。內(nèi)嵌可拆卸的快速軸向掃描模塊，可采集深度180微米的3D體成像和多平面快速切換的實時成像。該掃描模塊由一個快速的電動變焦透鏡和一對中繼透鏡組成，在不同深度成像時可保持放大倍率恒定。其變焦模塊重量，研究人員可根據(jù)實驗需求自由拆卸。此外，新版微型化成像探頭可整體即時拔插，極大地簡化了實驗操作，避免了長周期實驗時對動物的干擾。在重復(fù)裝卸探頭同一批神經(jīng)元時，視場旋轉(zhuǎn)角小于，邊界偏差小于35微米。 嚙齒類多光子顯微鏡準確定位多光子顯微鏡的分辨率比傳統(tǒng)的單光子共聚焦要低的多。

當激光光束焦點的位置在鏡面上，此時被反射的激光在無限空間中成為準直光束，并在OBJ2的焦平面上形成了一個激光光斑。同理，如果橫向掃描光束，則會形成遠離傾斜鏡鏡面的焦點，這又導(dǎo)致返回的光束會聚或發(fā)散，進而OBJ2能在軸向不同位置形成焦點，通過這種方式即能實現(xiàn)連續(xù)的軸向掃描。對于較小的傾斜角，聚焦沒有球差。該組在實驗中表征了這種將橫向掃描轉(zhuǎn)換為軸向掃描技術(shù)的光學(xué)性能，并使用它將光片顯微鏡的成像速度提升了一個數(shù)量級，從而可以在三個維度上量化快速的囊泡動力學(xué)。該組還演示了使用雙光子光柵掃描顯微鏡以12 kHz進行共振遠程聚焦，該技術(shù)可對大腦組織和斑馬魚心臟動力學(xué)進行快速成像，并具有衍射極限的分辨率。

多束掃描技術(shù)可以同時對神經(jīng)元組織的不同位置進行成像該技術(shù)：對兩個遠距離（相距大于1-2 mm）的成像部位，通常使用兩條單獨的路徑進行成像；對于相鄰區(qū)域，通常使用單個物鏡的多光束進行成像。多光束掃描技術(shù)必須特別注意激發(fā)光束之間的串擾問題，這個問題可以通過事后光源分離方法或時空復(fù)用方法來解決。事后光源分離方法指的是用算法來分離光束消除串擾；時空復(fù)用方法指的是同時使用多個激發(fā)光束，每個光束的脈沖在時間上延遲，這樣就可以暫時分離被不同光束激發(fā)的單個熒光信號。引入越多路光束就可以對越多的神經(jīng)元進行成像，但是多路光束會導(dǎo)致熒光衰減時間的重疊增加，從而限制了區(qū)分信號源的能力；并且多路復(fù)用對電子設(shè)備的工作速率有很高的要求；大量的光束也需要更高的激光功率來維持近似單光束的信噪比，這會容易導(dǎo)致組織損傷。多光子共聚焦掃描顯微鏡比雙光子共聚焦掃描顯微鏡具有更高的空間分辨率。

對兩個遠距離（相距大于1-2 mm）的成像部位，通常使用兩條單獨的路徑進行成像；對于相鄰區(qū)域，通常使用單個物鏡的多光束進行成像。多光束掃描技術(shù)必須特別注意激發(fā)光束之間的串擾問題，這個問題可以通過事后光源分離方法或時空復(fù)用方法來解決。事后光源分離方法指的是用算法來分離光束消除串擾；時空復(fù)用方法指的是同時使用多個激發(fā)光束，每個光束的脈沖在時間上延遲，這樣就可以暫時分離被不同光束激發(fā)的單個熒光信號。引入越多路光束就可以對越多的神經(jīng)元進行成像，但是多路光束會導(dǎo)致熒光衰減時間的重疊增加，從而限制了區(qū)分信號源的能力；并且多路復(fù)用對電子設(shè)備的工作速率有很高的要求；大量的光束也需要更高的激光功率來維持近似單光束的信噪比，這會容易導(dǎo)致組織損傷。多光子激光掃描顯微鏡是建立在激光掃描顯微鏡技術(shù)基礎(chǔ)上的實驗方法，三維觀察上提供更的光學(xué)切片能力。模塊化多光子顯微鏡Ultima 2P Plus

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。模塊化多光子顯微鏡焦點激發(fā)

由于在重大工程、工業(yè)裝備和質(zhì)量保證、基礎(chǔ)科研中，儀器儀表都是必不可少的基礎(chǔ)技術(shù)和裝備重點，除傳統(tǒng)領(lǐng)域的需求外，新興的智能制造、離散自動化、生命科學(xué)、新能源、海洋工程、軌道交通等領(lǐng)域也會產(chǎn)生巨大需求。中國的新型工業(yè)化進程，信息化和工業(yè)化融合的進一步加深，帶動各個工業(yè)領(lǐng)域?qū)τ趎Vista，nVoke，3D bioplotte，invivo等產(chǎn)品的需求。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%。盡管在我國相關(guān)政策的引導(dǎo)和支持下，我國儀器儀表行業(yè)得到了飛速發(fā)展。但是從銷售整體上看，我國的儀器儀表行業(yè)還是落后于國際水平的。重點技術(shù)缺乏、高精尖產(chǎn)品嚴重依賴進口、儀器儀表產(chǎn)品同質(zhì)化嚴重、生產(chǎn)工藝落后、研發(fā)能力弱、精度不高等問題的凸顯，為儀器儀表行業(yè)的發(fā)展帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。模塊化多光子顯微鏡焦點激發(fā)