目前,脑科学的研究在全球范围内如火如荼,中国的脑计划也即将启动。其中,全景式分析脑连接图和功能动态图的研究成为重点研究方向,如何打破尺度壁垒,将微观神经元和突触的信息处理和个体行为信息与全脑融合,是该领域亟待解决的关键挑战。2021年1月6日,由北京大学分子医学研究所牵头,北京大学信息科学与技术学院电子系、工程学院和中国人民医学科学院组成的跨学科团队在NatureMethods上在线发表了一篇题为《大视场、多平面、长程脑成像的微型双光子拷贝》的文章。本文报道了第二代小型化双光子荧光显微镜FHIRM-TPM2.0。其成像视场是团队2017年发布的第1代小型化显微镜的7.8倍。同时具有三维成像能力,获得了小鼠自由运动行为时大脑三维区域数千个神经元清晰稳定的动态功能图像,实现了对同一批次神经元一个月的跟踪记录。双光子显微镜成像技术及不同转基因小鼠开展对多种脏器的成像研究。国内激光荧光双光子显微镜光子探测
双光子显微镜的基本原理是:在高光子密度的情况下,荧光分子可以同时吸收2个长波长的光子,在经过一个很短的所谓激发态寿命的时间后,发射出一个波长较短的光子;其效果和使用一个波长为长波长一半的光子去激发荧光分子是相同的。双光子激发需要很高的光子密度,为了不损伤细胞,双光子显微镜使用高能量锁模脉冲激光器。这种激光器发出的激光具有很高的峰值能量和很低的平均能量,其脉冲宽度只有100飞秒,而其周期可以达到80至100兆赫兹。在使用高数值孔径的物镜将脉冲激光的光子聚焦时,物镜的焦点处的光子密度是比较高的,双光子激发只发生在物镜的焦点上,所以双光子显微镜不需要共聚焦***,提高了荧光检测效率。激光双光子显微镜光子探测显微成像技术包含:双光子显微镜、宽场荧光显微镜、共聚焦显微镜、全内反射荧光显微镜等多种成像方式。
2020年,临研所、病理科和科研处邀请北京大学王爱民副教授做了题目为“新一代微型双光子显微成像系统介绍及其在临床医疗诊断”的学术报告。学术报告由临研所医学实验研究平台潘琳老师主持。王爱民,北京大学信息科学技术学院副教授,毕业于北京大学物理系,获学士、硕士学位,后于英国巴斯大学物理系获博士学位。该研究组研发的微型双光子显微镜,第1次在国际上获得了小鼠大脑神经元和神经突触清晰稳定的动态信号,该成果获得了2017年度“中国光学进展”和“中国科学进展”,并被NatureMethods评为2018年度“年度方法--无限制行为动物成像”。目前,该研究组正在研究新一代双光子显微成像技术在临床诊断中的应用,为未来即时病理、离体组织检测、术中诊断等提供新的影像手段和分析方法。
WinfriedDenk使用的第1个光源是染料飞秒激光(脉冲宽度100fs,可见光波长630nm)。染料激光虽然实验室演示可以接受,但是使用起来不方便,所以离商业化还很远。很快双光子显微镜的标准光源变成了飞秒钛宝石激光器。钛宝石激光器除了具有固态光源的优点外,还具有近红外波长调谐范围宽,而近红外比可见光穿透更深,对生物样品的损伤更小。下图是Thorlabs的双光子和三光子显微镜配置,钛宝石飞秒可调谐激光器位于平台左侧。从双光子到三光子科学家们正在从双光子显微镜转向三光子显微镜。1996年,ChrisXu在康奈尔大学(Denk的导师实验室)读博时发明了三光子显微镜。如果双光子吸收是可行的,那么三光子似乎是自然的发展方向。三光子成像使用更长的波长,大约1.3和1.7微米,成像深度比双光子更深。目前录音大约2.2毫米,人的大脑皮层厚度大约4毫米。与双光子显微镜相比,三光子需要使用更强、更短、重复率更低的激光脉冲,这是传统的钛宝石激光器很难满足的,但对于掺镱光纤飞秒光参量放大器,比如我们的Y-Fi光参量放大器(OPA)就非常容易。双光子显微镜使用方法是什么?
目前,世界各国的脑科学研究如火如荼,中国的脑计划也即将启动。其中,关于全景式解析脑连接图谱和功能动态图谱的研究成为重点研究方向,而如何打破尺度壁垒,融合微观神经元和神经突触活动与大脑整体的信息处理和个体行为信息,是领域内亟待解决的一个关键挑战。2021年1月6日,由北京大学分子医学研究所牵头,联合北大信息科学技术学院电子学系、工学院以及中国人民******医学科学院等组成的跨学科团队,在NatureMethods在线发表题为“Miniaturetwo-photonmicroscopyforenlargedfield-of-view,multi-plane,andlong-termbrainimaging”的文章。文中报道了第二代微型化双光子荧光显微镜FHIRM-TPM2.0,其成像视野是该团队于2017年发布的低1代微型化显微镜的7.8倍,同时具备三维成像能力,获取了小鼠在自由运动行为中大脑三维区域内上千个神经元清晰稳定的动态功能图像,并且实现了针对同一批神经元长达一个月的追踪记录。双光子显微镜还可以对一些具有特性的染料细胞进行实验,还有一些短波长可以利用双光子特性进行特定实验。荧光激光双光子显微镜代理商
双光子显微镜有哪些应用呢?国内激光荧光双光子显微镜光子探测
通过对微型光学系统的重新设计,FHIRM-TPM2.0成像视野扩大至420×420平方微米,微型物镜的工作距离扩展至1毫米,以实现非侵入式成像;嵌入了可拆卸的快速轴向扫描模块,实现了180微米深度的三维体成像和多平面快速切换的实时成像。该模块由一个快速的电动变焦透镜和一对中继透镜组成,在不同深度成像时保持放大倍率恒定。其中,变焦模块重量1.8克,研究人员可根据实验需求自由拆卸。此外,新版微型化成像探头还可整体即时拔插,极大地简化了实验操作,避免了长周期实验时对动物的干扰。在重复装卸探头追踪同一批神经元时,视场旋转角小于0.07弧度,边界偏差小于35微米。国内激光荧光双光子显微镜光子探测