2020年，臨研所、病理科和科研處邀請北京大學(xué)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(tǒng)介紹及其在臨床醫(yī)療診斷”的學(xué)術(shù)報(bào)告。學(xué)術(shù)報(bào)告由臨研所醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)研究平臺潘琳老師主持。王愛民，北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院副教授，畢業(yè)于北京大學(xué)物理系，獲學(xué)士、碩士學(xué)位，后于英國巴斯大學(xué)物理系獲博士學(xué)位。該研究組研發(fā)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(jīng)元和神經(jīng)突觸清晰穩(wěn)定的動態(tài)信號，該成果獲得了2017年度“中國光學(xué)進(jìn)展”和“中國科學(xué)進(jìn)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(shù)在臨床診斷中的應(yīng)用，為未來即時(shí)病理、離體組織檢測、術(shù)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(xì)胞甚至是亞細(xì)胞水平上對神經(jīng)細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)、離子濃度、細(xì)胞運(yùn)動、進(jìn)行直接成像監(jiān)測。美國ultima雙光子顯微鏡供應(yīng)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(shí)間內(nèi)可以成像的體積，并同時(shí)保持較高的時(shí)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(jīng)元群體的活動標(biāo)記為兩個(gè)不同顏色，并同時(shí)用兩個(gè)不同波長的激光激發(fā)探針，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)顏色的并行化數(shù)據(jù)記錄。為了實(shí)現(xiàn)三維空間成像，研究人員還分別在兩個(gè)激光光路上配置了快速變焦系統(tǒng)，分別為電可調(diào)節(jié)透鏡（electricaltunablelens）和空間光調(diào)制器（spatiallightmodulator）。由此，可以同時(shí)以10赫茲的速度記錄500微米500微米的10個(gè)平面，覆蓋縱深達(dá)600微米，涵蓋了從腦皮層第2層到第5層的結(jié)構(gòu)，體積內(nèi)記錄到的神經(jīng)元可以達(dá)到2000個(gè)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(jìn)行光裂解、光轉(zhuǎn)染和光損傷等光學(xué)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(shí)吸收 2 個(gè)長波長的光子，在經(jīng)過一個(gè)很短的所謂激發(fā)態(tài)壽命的時(shí)間后，發(fā)射出一個(gè)波長較短的光子；其效果和使用一個(gè)波長為長波長一半的光子去激發(fā)熒光分子是相同的。雙光子激發(fā)需要很高的光子密度，為了不損傷細(xì)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(fā)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(dá)到 80至100兆赫茲。在使用高數(shù)值孔徑的物鏡將脈沖激光的光子聚焦時(shí)，物鏡的焦點(diǎn)處的光子密度是比較高的，雙光子激發(fā)只發(fā)生在物鏡的焦點(diǎn)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(yōu)勢呢？它能做到什么普通光學(xué)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(biāo)本進(jìn)行定點(diǎn)、***觀察！由于電磁波的波長越短，粒子性越強(qiáng)，受散射影響也就越大。雙光子顯微鏡將激發(fā)光源改為長波長激光，在增加了激光的穿透性的同時(shí)還減少了對細(xì)胞的毒性。除此之外，因?yàn)橹挥形镧R焦點(diǎn)處能發(fā)生雙光子激發(fā)效應(yīng)，所以掃描的精確度極高，也能提高激發(fā)光效率，減少被掃描點(diǎn)之外的熒光物質(zhì)消耗。雙光子顯微鏡能夠進(jìn)行指標(biāo)成像；

實(shí)驗(yàn)從理論和實(shí)驗(yàn)上評估了多焦點(diǎn)v2PE顯微鏡的空間分辨率，并與單光子熒光顯微鏡進(jìn)行了對比，實(shí)驗(yàn)中v2PE的激發(fā)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(jìn)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(xù)還利用軟件模擬從理論上研究了多焦點(diǎn)v2PE顯微技術(shù)的空間分辨率，模擬計(jì)算顯示v2PE點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(PSF)的橫向半高寬與單光子激發(fā)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(lǐng)域研究中已有許多成功實(shí)例；美國bruker雙光子顯微鏡廠家有哪些

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中國儀器儀表行業(yè)目前正處于高速發(fā)展階段，需要與之相適應(yīng)的生物科技，醫(yī)藥科技領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)開發(fā)、技術(shù)咨詢、技術(shù)服務(wù)、技術(shù)轉(zhuǎn)讓，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療器械、計(jì)算機(jī)、軟件及輔助設(shè)備銷售，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理，貨物及技術(shù)進(jìn)出口業(yè)務(wù)。 成像平臺： 1. Inscopix自由活動超微顯微成像系統(tǒng) 2. DiveScope多通道內(nèi)窺鏡系統(tǒng) 3. 雙光子顯微鏡 動物行為學(xué)平臺： 1. PiezoSleep無創(chuàng)睡眠檢測系統(tǒng) 2. 自身給藥、條件恐懼、斯金納、睡眠剝奪、跑步機(jī)、各類經(jīng)典迷宮等 神經(jīng)電生理： 1.NeuroNexus神經(jīng)電極 2.多通道電生理信號采集系統(tǒng) 3.膜片鉗系統(tǒng) 4.AO功能神經(jīng)外科臨床電生理平臺 顯微細(xì)胞： 1. UnipicK單細(xì)胞挑選及顯微切割系統(tǒng) 科研/臨床級3D打印 1. 德國envisionTEC 3D Bioplotter生物打印機(jī) 2. 韓國Invivo醫(yī)療級生物打印機(jī)等。產(chǎn)品營銷模式相互配合。隨著互聯(lián)網(wǎng)的逐步發(fā)展，為nVista，nVoke，3D bioplotte，invivo等產(chǎn)品的傳播提供了一個(gè)飛速的平臺。讓儀器儀表行業(yè)從傳統(tǒng)的銷售模式到以互聯(lián)網(wǎng)電子商務(wù)為主的營銷方式的轉(zhuǎn)變，促進(jìn)了儀器儀表行業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，推動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。目前我國生物科技，醫(yī)藥科技領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)開發(fā)、技術(shù)咨詢、技術(shù)服務(wù)、技術(shù)轉(zhuǎn)讓，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療器械、計(jì)算機(jī)、軟件及輔助設(shè)備銷售，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理，貨物及技術(shù)進(jìn)出口業(yè)務(wù)。 成像平臺： 1. Inscopix自由活動超微顯微成像系統(tǒng) 2. DiveScope多通道內(nèi)窺鏡系統(tǒng) 3. 雙光子顯微鏡 動物行為學(xué)平臺： 1. PiezoSleep無創(chuàng)睡眠檢測系統(tǒng) 2. 自身給藥、條件恐懼、斯金納、睡眠剝奪、跑步機(jī)、各類經(jīng)典迷宮等 神經(jīng)電生理： 1.NeuroNexus神經(jīng)電極 2.多通道電生理信號采集系統(tǒng) 3.膜片鉗系統(tǒng) 4.AO功能神經(jīng)外科臨床電生理平臺 顯微細(xì)胞： 1. UnipicK單細(xì)胞挑選及顯微切割系統(tǒng) 科研/臨床級3D打印 1. 德國envisionTEC 3D Bioplotter生物打印機(jī) 2. 韓國Invivo醫(yī)療級生物打印機(jī)等。產(chǎn)品，主要集中在中低檔市場，而市場則主要被國外品牌所占據(jù)。在某些領(lǐng)域，國產(chǎn)產(chǎn)品甚至是空白，這就需要未來我國儀器儀表向市場進(jìn)軍，擴(kuò)大產(chǎn)品占比。在國民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中，生物科技，醫(yī)藥科技領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)開發(fā)、技術(shù)咨詢、技術(shù)服務(wù)、技術(shù)轉(zhuǎn)讓，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療器械、計(jì)算機(jī)、軟件及輔助設(shè)備銷售，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理，貨物及技術(shù)進(jìn)出口業(yè)務(wù)。 成像平臺： 1. Inscopix自由活動超微顯微成像系統(tǒng) 2. DiveScope多通道內(nèi)窺鏡系統(tǒng) 3. 雙光子顯微鏡 動物行為學(xué)平臺： 1. PiezoSleep無創(chuàng)睡眠檢測系統(tǒng) 2. 自身給藥、條件恐懼、斯金納、睡眠剝奪、跑步機(jī)、各類經(jīng)典迷宮等 神經(jīng)電生理： 1.NeuroNexus神經(jīng)電極 2.多通道電生理信號采集系統(tǒng) 3.膜片鉗系統(tǒng) 4.AO功能神經(jīng)外科臨床電生理平臺 顯微細(xì)胞： 1. UnipicK單細(xì)胞挑選及顯微切割系統(tǒng) 科研/臨床級3D打印 1. 德國envisionTEC 3D Bioplotter生物打印機(jī) 2. 韓國Invivo醫(yī)療級生物打印機(jī)等。等設(shè)備是提高勞動生產(chǎn)率的倍增器，對國民經(jīng)濟(jì)有著巨大的作用和影響力。美國商業(yè)部地區(qū)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)研究院（NIST）提出的報(bào)告稱：美國90年代儀器儀表工業(yè)產(chǎn)值只占工業(yè)總產(chǎn)值的4%，但它對國民經(jīng)濟(jì)（GNP）的影響面卻達(dá)到66%。美國ultima雙光子顯微鏡供應(yīng)商

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