2020年，臨研所、病理科和科研處邀請北京大學王愛民副教授做了題目為“新一代微型雙光子顯微成像系統介紹及其在臨床醫療診斷”的學術報告。學術報告由臨研所醫學實驗研究平臺潘琳老師主持。王愛民，北京大學信息科學技術學院副教授，畢業于北京大學物理系，獲學士、碩士學位，后于英國巴斯大學物理系獲博士學位。該研究組研發的微型雙光子顯微鏡，第1次在國際上獲得了小鼠大腦神經元和神經突觸清晰穩定的動態信號，該成果獲得了2017年度“中國光學進展”和“中國科學進展”，并被NatureMethods評為2018年度“年度方法--無限制行為動物成像”。目前，該研究組正在研究新一代雙光子顯微成像技術在臨床診斷中的應用，為未來即時病理、離體組織檢測、術中診斷等提供新的影像手段和分析方法。雙光子顯微鏡能夠在細胞甚至是亞細胞水平上對神經細胞的形態結構、離子濃度、細胞運動、進行直接成像監測。美國ultima雙光子顯微鏡供應商

研究人員通過用不同激光波長并行化激光掃描（wavelengthmultiplexing），增加了相同時間內可以成像的體積，并同時保持較高的時間和空間分辨率。通過引入兩種波長不同的鈣信號熒光探針，研究人員將神經元群體的活動標記為兩個不同顏色，并同時用兩個不同波長的激光激發探針，實現了兩個顏色的并行化數據記錄。為了實現三維空間成像，研究人員還分別在兩個激光光路上配置了快速變焦系統，分別為電可調節透鏡（electricaltunablelens）和空間光調制器（spatiallightmodulator）。由此，可以同時以10赫茲的速度記錄500微米500微米的10個平面，覆蓋縱深達600微米，涵蓋了從腦皮層第2層到第5層的結構，體積內記錄到的神經元可以達到2000個以上。美國激光熒光雙光子顯微鏡熒光探測雙光子顯微鏡能夠進行光裂解、光轉染和光損傷等光學操縱。

雙光子顯微鏡的基本原理是：在高光子密度的情況下，熒光分子可以同時吸收 2 個長波長的光子，在經過一個很短的所謂激發態壽命的時間后，發射出一個波長較短的光子；其效果和使用一個波長為長波長一半的光子去激發熒光分子是相同的。雙光子激發需要很高的光子密度，為了不損傷細胞，雙光子顯微鏡使用高能量鎖模脈沖激光器。這種激光器發出的激光具有很高的峰值能量和很低的平均能量，其脈沖寬度只有 100 飛秒，而其周期可以達到 80至100兆赫茲。在使用高數值孔徑的物鏡將脈沖激光的光子聚焦時，物鏡的焦點處的光子密度是比較高的，雙光子激發只發生在物鏡的焦點上，所以雙光子顯微鏡不需要共聚焦，提高了熒光檢測效率。

相比普通的顯微鏡電子顯微鏡可以觀察尺度更小的東西，冷凍電鏡更是可以觀察有活性的生物大分子，而雙光子顯微鏡有什么優勢呢？它能做到什么普通光學顯微鏡做不到的事情嗎？原來，雙光子顯微鏡可以精確穿透較厚標本進行定點、***觀察！由于電磁波的波長越短，粒子性越強，受散射影響也就越大。雙光子顯微鏡將激發光源改為長波長激光，在增加了激光的穿透性的同時還減少了對細胞的毒性。除此之外，因為只有物鏡焦點處能發生雙光子激發效應，所以掃描的精確度極高，也能提高激發光效率，減少被掃描點之外的熒光物質消耗。雙光子顯微鏡能夠進行指標成像；

實驗從理論和實驗上評估了多焦點v2PE顯微鏡的空間分辨率，并與單光子熒光顯微鏡進行了對比，實驗中v2PE的激發波長為521 nm，使用放大倍率為100倍的物鏡，尺寸為0.6AU，對直徑100nm的熒光顆粒進行了測試性成像，共獲得40幅不同采樣深度的圖像合成為三維圖像。圖像在橫向和縱向的半高全寬分別是177 nm和297 nm，這些值接近顯微鏡的理論分辨率。后續還利用軟件模擬從理論上研究了多焦點v2PE顯微技術的空間分辨率，模擬計算顯示v2PE點擴散函數(PSF)的橫向半高寬與單光子激發熒光(1PE)相似，軸向的半高寬較1PE減少，可以提高空間分辨率。雙光子顯微鏡在各領域研究中已有許多成功實例；美國bruker雙光子顯微鏡廠家有哪些

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