共聚焦多光子顯微鏡研究

光學成像技術與分子生物學技術的結合為研究上述科學問題提供了條件與可能。因此，在現(xiàn)代分子生物學技術基礎上，急需發(fā)展新的成像技術。在動物體內(nèi)，如何實現(xiàn)基因表達及蛋白質(zhì)之間相五作用的實時在體成像監(jiān)測是當前迫切需要解決的重大科學技術問題。這是也生物學、信息科學（光學）和基礎臨床醫(yī)學等學科共同感興趣的重大問題。對這-一一科學問題的研究不僅有助于闡明生命活動的基本規(guī)律、認識疾病的發(fā)展規(guī)律，而且對創(chuàng)新藥物研究、藥物療效評價以及發(fā)展疾病早期診斷技術等產(chǎn)生重大影響。多光子顯微鏡的成熟的深部組織成像技術中。還有其他類型的圖像對比提供有關樣本的有價值信息。共聚焦多光子顯微鏡研究

2020年，TonmoyChakraborty等人提出了一種加快2PM軸向掃描速度的方法[2]。在光學顯微鏡中，物鏡或樣品的緩慢軸向掃描速度限制了體積成像的速度。近年來，通過使用遠程聚焦技術或電可調(diào)諧透鏡（ETL）已經(jīng)實現(xiàn)了快速軸向掃描；但是，遠程聚焦中反射鏡的機械驅動會限制軸向掃描速度，ETL會引入球面像差和更高階像差，從而無法進行高分辨率成像。為了克服這些局限性，該組引入了一種新穎的光學設計，能將橫向掃描轉換為可用于高分辨率成像的無球差的軸向掃描。該設計有兩種實現(xiàn)方式，第一種能夠執(zhí)行離散的軸向掃描，另一種能夠進行連續(xù)的軸向掃描。具體裝置如圖3a所示，由兩個垂直臂組成，每個臂中都有一個4F望遠鏡和一個物鏡。遠程聚焦臂包含一個檢流掃描鏡（GSM）和一個空氣物鏡（OBJ1），另一個臂（稱為照明臂）由一個水浸物鏡（OBJ2）構成。將這兩個臂對齊，以使GSM與兩個物鏡的后焦平面共軛。準直的激光束被偏振分束器反射到遠程聚焦臂中，GSM對其進行掃描，進而使得OBJ1產(chǎn)生的激光焦點進行橫向掃描。美國進口多光子顯微鏡實驗操作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。

    從應用的行業(yè)來看，多光子激光掃描顯微鏡主要集中于機構、學校及醫(yī)院對生物科學的研究。與此同時，光學玻璃、液晶材料、濾光片、電子元器件等光學材料則組成了上行業(yè)。處于中游的多光子激光掃描顯微鏡行業(yè)正是受到上下**業(yè)的共同影響，才會呈現(xiàn)出目前的市場態(tài)勢。2020年，全球多光子激光掃描顯微鏡市場規(guī)模達到了，預計2027年將達到，年復合增長率（CAGR）為（2021-2027）。中國市場規(guī)模增長快速，2020年，中國多光子激光掃描顯微鏡市場收入達到了，預計2027年將達到，年復合增長率（CAGR）為（2021-2027）。本報告研究“十三五”期間全球及中國市場多光子激光掃描顯微鏡的供給和需求情況，以及“十四五”期間行業(yè)發(fā)展預測。重點分析全球多光子激光掃描顯微鏡的產(chǎn)能、產(chǎn)量、銷量、收入和增長潛力，歷史數(shù)據(jù)2016-2020年，預測數(shù)據(jù)2021-2027年。本文同時著重分析多光子激光掃描顯微鏡行業(yè)競爭格局，包括全球市場主要廠商競爭格局和中國本土市場主要廠商競爭格局，重點分析全球主要廠商多光子激光掃描顯微鏡產(chǎn)值、價格和市場份額，全球多光子激光掃描顯微鏡產(chǎn)地分布情況等。

    基于多光子顯微鏡的神經(jīng)成像技術原理：多光子顯微鏡可用于深度成像和三維成像，因此可用于拍攝不透明的厚樣品。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。雙光子顯微鏡的結構與共焦類似，區(qū)別在于：1)雙光子顯微鏡的激發(fā)光波長比共焦長，能量較低，但穿透能力較強；2)雙光子顯微鏡沒有小孔，提高了檢測效率；3)雙光子顯微鏡成像深度較快提高。那么，為什么雙光子能具有共焦顯微鏡所沒有的優(yōu)勢呢？原因是它采用雙光子激發(fā)方式。使用波長較長的激發(fā)光子，光子的能量較低，因此電子需要吸收兩個這樣的激發(fā)光子才能達到激發(fā)態(tài)，從而釋放出一個熒光光子。因此，熒光信號的強度與光強的平方成正比。因為焦點處的光強較大，只能在焦點處激發(fā)熒光。波長越長，穿透力越強，因此雙光子顯微鏡的成像深度大于共焦顯微鏡。由于兩個光子只在焦點激發(fā)熒光，不需要小孔，而是將所有的熒光都收集起來，提高了檢測效率。三光子顯微鏡的原理類似于雙光子顯微鏡，利用三個激發(fā)光子可以實現(xiàn)更深的成像深度。由于使用了更長的激發(fā)波長，穿透能力更強，成像深度更大。此外，由于較強的非線性效應，熒光信號的強度與光強的立方成正比，因此比雙光子具有更低的非聚焦激發(fā)和背景噪聲。 點掃描多光子顯微鏡可以深入樣本并捕捉高質(zhì)量的圖像，但這個過程極其緩慢，因為圖像是一次形成一個點。

Ca2+是重要的第二信使，對于調(diào)節(jié)細胞的生理反應具有重要的作用，開發(fā)和利用雙光子熒光顯微成像技術對Ca2+熒光信號進行觀測，可以從某些方面對有機體或細胞的變化機制進行分析，具有重要的意義。利用雙光子熒光顯微成像技術可以觀察細胞內(nèi)用熒光探針標記的 Ca2*的時間和空間的熒光圖像的變化，還可以觀察細胞某一層面或局部的（Ca2+）熒光圖像和變化。通過對單細胞的研究發(fā)現(xiàn)，Ca2+不僅在細胞局部區(qū)域間的分布是不均勻的，而且細胞內(nèi)各局部區(qū)域的不同深度或層次間也存在不同程度的 Ca2+梯差即所謂的空間 Ca2梯差。1990年A.Mayer在Science上刊文展示了雙光子激光掃描熒光顯微鏡。美國進口多光子顯微鏡實驗操作

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。共聚焦多光子顯微鏡研究

使用MPM對神經(jīng)元進行成像時，通過隨機訪問掃描—即激光束在整個視場上的任意選定點上進行快速掃描—可以只掃描感興趣的神經(jīng)元，這樣不僅避免掃描到任何未標記的神經(jīng)纖維，還可以優(yōu)化激光束的掃描時間。隨機訪問掃描可以通過聲光偏轉器（AOD）來實現(xiàn)，其原理是將具有一個射頻信號的壓電傳感器粘在合適的晶體上，所產(chǎn)生的聲波引起周期性的折射率光柵，激光束通過光柵時發(fā)生衍射。通過射頻電信號調(diào)控聲波的強度和頻率從而可以改變衍射光的強度和方向，這樣使用1個AOD就可以實現(xiàn)一維橫向的任意點掃描，利用1對AOD，結合其他軸向掃描技術可實現(xiàn)3D的隨機訪問掃描。但是該技術對樣本的運動很敏感，易出現(xiàn)運動偽影。目前，快速光柵掃描即在FOV中進行逐行掃描，由于利用算法可以輕松解決運動偽影而被普遍的使用。共聚焦多光子顯微鏡研究