现代分子生物学技术的迅速发展和科技的进步,特别是随着后基因组时代的到来,人们已经能够根据需要建立各种细胞模型,为在体研究基因表达规律、分子间的相互作用、细胞的增殖、细胞信号转导、诱导分化、细胞凋亡以及新的血管生成等提供了良好的生物学条件。然而,尽管人们利用现有的分子生物学方法,已经对基因表达和蛋白质之间的相互作用进行了深入、细致的研究,但仍然不能实现对蛋白质和基因活动的实时、动态监测。在细胞的生理过程中,基因、尤其是蛋白质的表达、修饰和相万作用往往发生可逆的、动态的变化。目前的分子生物学方法还不能捕获到蛋白质和基因的这些变化,但获取这些信息对与研究基因的表达和蛋白质之间的相互作用又至关重要。因此,发展能用于、动态、实时、连续监测蛋白质和基因活动的方法非常必要。目前中国显微镜中如多光子显微镜、共聚焦扫描和电子显微镜等。美国布鲁克多光子显微镜成像精度
细胞在受到外界刺激时,随着刺激时间的增长,即使刺激继续存在,Ca2+荧光信号不但不会继续增强,反而会减弱,直至恢复到未加刺激物时的水平。对于细胞受精过程中Ca2+荧光信号的变化情况,研究发现,配了在粘着过程中,Ca2+荧光信号未发生任何变化,而配子之间发生融合作用时,Ca2+荧光信号强度却会出现一个不稳定的峰值,并可持续几分钟。这些现象,对研究受精发育的早期信号及Ca2+在卵细胞和受精卵的发育过程中的作用具有重要的意义。在其它一些生理过程如细胞分裂、胞吐作用等,Ca2+荧光信号强度也会发生很强的变化。共聚焦多光子显微镜方案显微镜简史:从光到多光子显微镜。
与传统的单光子宽场荧光显微镜相比,多光子显微镜(MPM)具有光学切片和深度成像的功能,极大地促进了研究人员对整个大脑深部神经的认识。2019年,JeromeLecoq等从脑深部神经元成像、大数量神经元成像、高速神经元成像三个方面讨论了相关的MPM技术。为了将神经元活动与复杂行为联系起来,通常需要对大脑皮层深处的神经元进行成像,这就要求MPM具备深度成像的能力。激发光和发射光会被生物组织高度散射和吸收,这是限制MPM成像深度的主要因素。虽然增加激光强度可以解决散射问题,但会带来其他问题,如烧焦样品、散焦和近表面荧光激发。增加MPM成像深度的比较好方法是使用更长的波长作为激发光。另外,对于双光子(2P)成像而言,离焦和近表面荧光激发是两个比较大的深度限制因素,而对于三光子(3P)成像这两个问题大大减小,但是三光子成像由于荧光团的吸收截面比2P要小得多,所以需要更高数量级的脉冲能量才能获得与2P激发的相同强度的荧光信号。
与传统的单光子宽视野荧光显微镜相比,多光子显微镜具有光学切片和深层成像等功能,这两个优势极大地促进了研究者们对于完整大脑深处神经的了解与认识。2019年,JeromeLecoq等人从大脑深处的神经元成像、大量神经元成像、高速神经元成像这三个方面论述了相关的MPM技术。想要将神经元活动与复杂行为联系起来,通常需要对大脑皮质深层的神经元进行成像,这就要求MPM具有深层成像的能力。激发和发射光会被生物组织高度散射和吸收是限制MPM成像深度的主要因素,虽然可以通过增加激光强度来解决散射问题,但这会带来其他问题,例如烧坏样品、离焦和近表面荧光激发。增加MPM成像深度比较好的方法是用更长的波长作为激发光。全球多光子显微镜主要生产地区分析,包括产量、产值份额等。
对于双光子(2P)成像而言,离焦和近表面荧光激发是两个比较大的深度限制因素,而对于三光子(3P)成像这两个问题大大减小,但是三光子成像由于荧光团的吸收截面比2P要小得多,所以需要更高数量级的脉冲能量才能获得与2P激发的相同强度的荧光信号。功能性3P显微镜比结构性3P显微镜的要求更高,它需要更快速的扫描,以便及时采样神经元活动;需要更高的脉冲能量,以便在每个像素停留时间内收集足够的信号。复杂的行为通常涉及到大型的大脑神经网络,该网络既具有局部的连接又具有远程的连接。要想将神经元活动与行为联系起来,需要同时监控非常庞大且分布普遍的神经元的活动,大脑中的神经网络会在几十毫秒内处理传入的刺激,要想了解这种快速的神经元动力学,就需要MPM具备对神经元进行快速成像的能力。快速MPM方法可分为单束扫描技术和多束扫描技术。多光子成像是一种非线性的过程,信号产生要求功率密度达到MW/cm2的量级。美国啮齿类多光子显微镜成像精度
生产和消费的角度分析多光子显微镜的主要生产地区、主要消费地区以及主要的生产商。美国布鲁克多光子显微镜成像精度
比较两表格中的相关参数可以看出,基于分子光学标记的成像技术已经在生物活检和基因表达规律方面展示了较大的优势。例如,正电子发射断层成像(PET)可实现对分子代谢的成像,空间分辨率∶1-2mm,时间分辨率;分钟量级。与PET比较,光学成像的应用场合更广(可测量更多的参数,请参见表1-1),且具有更高的时间分辨率(秒级),空间分辨率可达到微米。因此,二者相比,虽然光学成像在测量深度方面不及PET,但在测量参数种类与时空分辨率方面有一定优势。对于小动物(如小白鼠)研究来说,光学成像技术可以实现小动物整体成像和在体基因表达成像。例如,初步研究表明,荧光介导层析成像可达到近10cm的测量深度;基于多光子激发的显微成像技术可望实现小鼠体内基因表达的实时在体成像。美国布鲁克多光子显微镜成像精度
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