国内显微镜制造市场目前断层严重。目前我国显微镜行业发展缺乏技术沉淀,20年以上经营积累的企业十分稀缺,深度精密制造、光学主要部件设计及工艺严重制约产业升级。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主要集中在徕卡显微系统、蔡司、尼康、奥林巴斯等国外企业。国内具备生产显微镜能力的企业屈指可数,若国内显微镜企业能打破技术壁垒,切入显微镜市场,企业的生产经营将腾跃至一个更高的格局。未来国产多光子激光扫描显微镜替代空间大。目前中国使用的多光子激光扫描显微镜几乎被徕卡显微系统、蔡司、尼康和奥林巴斯垄断。国内有能力开始生产多光子激光扫描显微镜的企业极少,若国内能够制造出高性能、高可靠性的多光子激光扫描显微镜,无异是会面临极大的市场机遇。多光子显微镜的分辨率比传统的单光子共聚焦要低的多。共聚焦多光子显微镜单分子成像定位
2020年,TonmoyChakraborty等人提出了一种加快2PM轴向扫描速度的方法[2]。在光学显微镜中,物镜或样品的缓慢轴向扫描速度限制了体积成像的速度。近年来,通过使用远程聚焦技术或电可调谐透镜(ETL)已经实现了快速轴向扫描;但是,远程聚焦中反射镜的机械驱动会限制轴向扫描速度,ETL会引入球面像差和更高阶像差,从而无法进行高分辨率成像。为了克服这些局限性,该组引入了一种新颖的光学设计,能将横向扫描转换为可用于高分辨率成像的无球差的轴向扫描。该设计有两种实现方式,第一种能够执行离散的轴向扫描,另一种能够进行连续的轴向扫描。具体装置如图3a所示,由两个垂直臂组成,每个臂中都有一个4F望远镜和一个物镜。远程聚焦臂包含一个检流扫描镜(GSM)和一个空气物镜(OBJ1),另一个臂(称为照明臂)由一个水浸物镜(OBJ2)构成。将这两个臂对齐,以使GSM与两个物镜的后焦平面共轭。准直的激光束被偏振分束器反射到远程聚焦臂中,GSM对其进行扫描,进而使得OBJ1产生的激光焦点进行横向扫描。bruker多光子显微镜原理从产品类型及技术方面来看,正置显微镜占据绝大多数市场。
某种物质能产生荧光,首要条件是分子必须具有吸收的结构,即生色团(分子中具有吸收特征频率的光能的基团)。其次,该物质必须具有一定的量子产率和适宣的环境。我们把分子中发射荧光的基团称为荧光团。荧光团一定是生色团,但生色团不一定是荧光团。因为,如果生色团的量子产率等于零,就不能发射出荧光,处于激发态的分子,可以由许多方式(如热,碰撞)把能量释放出来,发射荧光只是其中的一种方式。此外,一种物质吸收光的能力及量子产率又与物质所处的环境密切相关。
根据阿贝成像原理,许多光学成像系统是一个低通滤波器,物平面包含从低频到高频的信息,透镜口径会限制高频信息通过,只允许一定的低频通过,因此丢失了高频信息会使成像所得图像的细节变模糊,降低分辨率。对于三维成像来说,宽场照明时得到的信息不仅包含物镜焦平面上样品的部分信息,同时还包含焦平面外的样品信息。由于受到焦平面外的信息干扰,常规荧光显微镜无法获得层析图像。三维结构光照明显微镜能够提高分辨率、获得层析图像,是因为利用特定结构的照明光能引入样品的高频信息,当结构光的空间频率足够高时,只有靠近焦面的部分才能被结构光调制,超出这一区域,逐渐转变为均匀照明,也就是只有焦面附近的有限区域具有相对完整的频谱信息,离焦后,高频信息迅速衰减,所以使用高频结构光照明可以区分焦面和离焦区域来获得层析图像。然后再通过轴向扫描可以获取样品不同深度的焦面图像,重建样品的三维结构。多光子显微镜可以更好的了解神经信号之间复杂动态的编码过程。
要想实现离散的轴向重新聚焦,需要在OBJ1的焦平面中放置一个阶梯镜(图3b)。当入射激光束被OBJ1聚焦到的焦平面恰好与阶梯重合时,被反射的激光将在无穷大的空间中成为准直光束,并在OBJ2的焦平面上形成激光光斑。并且返回的激光束会被GSM消除横向扫描,即OBJ2形成的焦点不会进行横向扫描,实现轴向扫描。如果激光点被扫描到与焦平面不一致的阶梯,则会形成远离镜面的激光焦点,返回的激光束会在无穷大的空间中会聚或发散,进而导致由OBJ2形成的激光焦点也在轴向重新聚焦,通过这种方式即能实现离散的轴向扫描。对于已精确匹配两个物镜光瞳的光学装置,不会引入像差。为了进行连续的轴向重新聚焦,将阶梯镜替换为稍微倾斜的平面镜,同时入射的激光焦点也需要被倾斜,使得其以垂直于镜面的方向入射,通过相对入射激光束稍微平移OBJ1即可实现这种倾斜。光子显微成像技术不是什么新技术,早在20多年前就有了,目前已经在生命科学和材料科学中广泛应用。美国飞秒激光多光子显微镜实验
显微镜简史:从光到多光子显微镜。共聚焦多光子显微镜单分子成像定位
多光子激发的特点。激发波长∶两个或多个光子同时激发,激发波长是单光子激发波长的两倍或多倍(i.e.红光能激发UV探针)。多光子激发∶依赖于多个光子同时到达的时间。使用脉冲飞秒激光器(i.e.10-16 seconds),且能提供更高的峰值功率。荧光限制在焦点处,能满足多个光子同时达到产生多光子吸收。荧光强度正比于(激光强度)n。为什么使用飞秒激光器?多光子激发需要超快的激光器,皮秒脉冲不能实现三光子激发。深度成像需要更高、更窄脉冲输出功率。多光子激发光源处于近红外区,对细胞毒性和光漂白更小。共聚焦多光子显微镜单分子成像定位