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國內investigator雙光子顯微鏡圖像對比度

來源: 發布時間:2024-10-13

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。雙光子顯微鏡結合了雙光子激發技術和激光掃描共聚顯微鏡。國內investigator雙光子顯微鏡圖像對比度

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而配合了雙光子激發技術,激光共聚掃描顯微鏡則能更好得發揮功效。那么,什么是雙光子激發技術呢?在高光子密度的情況下,熒光分子可以同時吸收2個長波長的光子使電子躍遷到較高能級,經過一個很短的時間后,電子再躍遷回低能級同時放出一個波長為長波長一半的光子(P=h/λ)。利用這個原理,便誕生了雙光子激發技術。雙光子顯微鏡使用長波長脈沖激光,通過物鏡匯聚,由于雙光子激發需要很高的光子密度,而物鏡焦點處的光子密度是比較高的,所以只有在焦點處才能發生雙光子激發,產生熒光,該點產生的熒光再穿過物鏡,被光探頭接收,從而達到逐點掃描的效果。雙光子顯微鏡廠家電話雙光子顯微鏡在各領域研究中已有許多成功實例。

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雙光子吸收理論早在1931年就由諾獎得主MariaGoeppertMayer提出,30年后因為有了激光才得到實驗驗證,但是到WinfriedDenk發明雙光子顯微鏡又用了將近30年。要理解雙光子的技術挑戰和飛秒激光發揮的重要作用,首先要了解其中的非線性過程。雙光子吸收相當于和頻產生非線性過程,這要求極高的電場強度,而電場取決于聚焦光斑大小和激光脈寬。聚焦光斑越小,脈寬越窄,雙光子吸收效率越高。對于衍射極限顯微鏡,聚焦在樣品上的光斑大小只和物鏡NA和激光波長有關,所以關鍵變量只剩下激光脈寬。基于以上分析,能夠以高重頻(100MHz)輸出超短脈沖(100fs量級)的飛秒激光器成了雙光子顯微鏡的標準激發光源。這也再次說明雙光子顯微鏡的優勢:只有焦平面處才能形成雙光子吸收,而焦平面之外由于光強低無法被激發,所以雙光子成像更清晰。

雙光子顯微鏡的優勢:在深度組織中以較長時間對活細胞成像,雙光子顯微鏡是當前之選。雙光子和共聚焦顯微鏡都是通過激光激發樣品中的熒光標記,使用探測器測量被激發的熒光。但是,共聚焦一般使用單模光纖耦合激光器,通過單光子激發熒光,而雙光子使用飛秒激光器,通過幾乎同時吸收兩個長波光子激發熒光。下面是兩種技術的對比圖。雙光子激發熒光的主要優勢:雙光子比共聚焦使用的更長的波長,所以對組織的損傷更小且穿透更深。共聚焦的成像深度一般為100微米,雙光子則能達到250到500微米,甚至超過1毫米。另外,同時吸收兩個光子意味只有度聚焦點處能被激發,所以不會損傷焦平面之外的組織,并且生成更清晰的圖像。雙光子顯微鏡是結合了雙光子技術和掃描共聚顯微鏡的一種新型熒光顯微鏡。

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在國家自然科學基金委國家重大科研儀器研制專項《超高時空分辨微型化雙光子在體顯微成像系統》的支持下,北京大學分子醫學研究所、信息科學技術學院、動態成像中心、生命科學學院、工學院聯合中國人民醫學科學院組成跨學科團隊,歷經三年多的協同奮戰,成功研制新一代高速分辨微型化雙光子熒光顯微鏡,并獲取了小鼠在自由行為過程中大腦神經元和神經突觸活動清晰、穩定的圖像。原始論文于5月29日在線發表于自然雜志子刊NatureMethods(IF25.3),并已申請多項。雙光子顯微鏡在組織透明化成像中應用。進口ultima雙光子顯微鏡的成像視野

雙光子顯微鏡為什么穿透能力強?國內investigator雙光子顯微鏡圖像對比度

基因編碼的熒光探針可用于在突觸和細胞分辨率下監測體內神經元信號,這是揭示動物神經活動復雜機制的關鍵。雙光子顯微鏡(2PM)可以對鈣離子傳感器和谷氨酸傳感器進行亞細胞分辨率的成像,從而測量不透明腦深部的活動。成像膜的電壓變化可以直接反映神經元的活動,但神經元活動的速度對于常規的2PM來說太快了。目前,電壓成像主要由寬視場顯微鏡實現,但其空間分辨率較差,且只能在淺深度成像。因此,為了以高空間分辨率成像不透明腦中膜電壓的變化,需要將成像速率提高2PM。面向模塊輸出端的子脈沖序列可視為從虛擬光源陣列發出的光,這些子脈沖在中繼到顯微鏡物鏡后形成空間分離和時間延遲的聚焦陣列。然后,該模塊被集成到一個帶有高速數據采集系統的標準雙光子熒光顯微鏡中,如圖2所示。光源是重復頻率為1MHz的920nm激光器。FACED模塊可以產生80個脈沖焦點,脈沖時間間隔為2ns。這些焦點是虛擬源的圖像。虛光源越遠,物鏡處的光束尺寸越大,焦點越小。光束可以沿Y軸比沿X軸更好地填充物鏡,從而在X軸上產生0.82m和0.35m的橫向分辨率。國內investigator雙光子顯微鏡圖像對比度