Ultima Investigator多光子顯微鏡能量脈沖

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)轉換把部分能量轉移給周圍的分子，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)學光學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，成為研究細胞結構和功能檢測的重要工具。多光子顯微鏡已經(jīng)被生物學家普遍的運用于實驗中。Ultima Investigator多光子顯微鏡能量脈沖

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)轉換把部分能量轉移給周圍的分子，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)的比較低振動能級的分子的平均壽命大約在 10s 左右。這時它不是通過內(nèi)轉換的方式來消耗能量，回到基態(tài)，而是通過發(fā)射出相應的光量子來釋放能量，回到基態(tài)的各個不同的振動能級時，就發(fā)射熒光。因為在發(fā)射熒光以前已經(jīng)有一部分能量被消耗，所以發(fā)射的熒光的能量要比吸收的能量小，也就是熒光的特征波長要比吸收的特征波長來的長。美國離體多光子顯微鏡多光子激發(fā)多光子成像是一種非線性的過程，信號產(chǎn)生要求功率密度達到MW/cm2的量級。

隨著生物分子光學標記技術的不斷進步，光學技術在揭示生命活動基本規(guī)律的研究中正發(fā)揮越來越重要的作用，也為醫(yī)學診療提供了更多、更有效的手段。生物醫(yī)學光學（BiomedicalOptics）是近年來受到國際光學界和生物醫(yī)學界關注的研究熱點，在生物活檢、光動力、細胞結構與功能檢測、基因表達規(guī)律的在體研究等問題上取得了一系列研究成果，目前正在從宏觀到微觀上對大腦活動與功能進行多層面的研究。細胞重大生命活動（包括細胞增殖、分化、凋亡及信號轉導）的發(fā)生和調節(jié)是通過生物大分子間（如蛋白質-蛋白質、蛋白質-核酸等）相互作用來實現(xiàn)的。蛋白質作為基因調控的產(chǎn)物，與細胞和機體生理過程代謝直接相關，深入研究基因表達及蛋白質-蛋白質相互作用不僅能揭示生命活動的基本規(guī)律，同時也能深入了解疾病發(fā)生的分子機理，進而為尋找更有效的藥物分子、提高藥物篩選和藥物設計的效率提供新的方法和思路。

    1，光源、光路高度整合通過精密的設計，將飛秒激光器、掃描振鏡、PMT、濾光片組，甚至是單光子熒光光路全套整合在一個不大的掃描頭（ScanHead）內(nèi)，無論掃描頭如何移動，掃描頭內(nèi)的光路都可以保持穩(wěn)定不變，從而實現(xiàn)了超穩(wěn)定、免維護的特點。2，配合多維度、高精度機械控制系統(tǒng)。掃描頭直接架設在一個多維運動的機械裝置上，可沿任意方向和角度移動掃描頭，方便對動物樣本進行多方位的掃描觀察。而這在常規(guī)方案的多光子顯微鏡上有很大的實現(xiàn)難度，不但需要多個關節(jié)組合的光路導向機構，并且在這些關節(jié)旋轉的時候，都冒著極大的光路偏移的風險，以至于在使用一段時間后都需要對光路進行再次校準，而這樣的問題在我司上則完全不會發(fā)生。3.一機多能。 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。

對于雙光子成像而言，離焦和近表面熒光激發(fā)是兩個比較大的深度限制因素，而對于三光子成像這兩個問題大大減小，但是三光子成像由于熒光團的吸收截面比2P要小得多，所以需要更高數(shù)量級的脈沖能量才能獲得與2P激發(fā)的相同強度的熒光信號。功能性3P顯微鏡比結構性3P顯微鏡的要求更高，它需要更快速的掃描，以便及時采樣神經(jīng)元活動；需要更高的脈沖能量，以便在每個像素停留時間內(nèi)收集足夠的信號。復雜的行為通常涉及到大型的大腦神經(jīng)網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡既具有局部的連接又具有遠程的連接。要想將神經(jīng)元活動與行為聯(lián)系起來，需要同時監(jiān)控非常龐大且分布普遍的神經(jīng)元的活動，大腦中的神經(jīng)網(wǎng)絡會在幾十毫秒內(nèi)處理傳入的刺激，要想了解這種快速的神經(jīng)元動力學，就需要MPM具備對神經(jīng)元進行快速成像的能力?？焖費PM方法可分為單束掃描技術和多束掃描技術。多光子顯微鏡在基礎科學和臨床診斷領域的應用范圍正在持續(xù)增長。美國嚙齒類多光子顯微鏡原理

多光子激光掃描顯微鏡采用波長較長的紅外激光,能量脈沖式激發(fā),紅外光比可見光在生物組織中的穿透力更強。Ultima Investigator多光子顯微鏡能量脈沖

多束掃描技術可以同時對神經(jīng)元組織的不同位置進行成像該技術：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；并且多路復用對電子設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，這會容易導致組織損傷。Ultima Investigator多光子顯微鏡能量脈沖