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美國在體多光子顯微鏡作用

來源: 發(fā)布時間:2024-10-30

在多光子顯微鏡(也稱為非線性或雙光子顯微鏡)中,以兩倍正常激發(fā)波長照射樣品。更長的波長是有利的,因為它們可以更深地穿透樣品進(jìn)行3D成像,并且因為它們不會損壞樣品,從而延長樣品壽命。為了實現(xiàn)多光子激發(fā),照明光束在空間上聚焦(使用光學(xué)器件),同時使用高能短脈沖激發(fā)光束以提高兩個(或更多)光子同時到達(dá)同一位置(即熒光團(tuán)分子)的概率。多光子顯微技術(shù)的例子包括二次諧波產(chǎn)生(SHG)、三次諧波產(chǎn)生(THG)、相干反斯托克斯拉曼光譜(CARS)和受激發(fā)射耗盡(STED)顯微技術(shù)。由于這些技術(shù)中的每一種都使用脈沖激光器,因此選擇能夠比較大限度地減少脈沖色散的光學(xué)組件很重要,并且激光反射二向色鏡應(yīng)具有低GDD特性。實現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)分子級觀測,多光子顯微鏡開啟生命科學(xué)新篇章。美國在體多光子顯微鏡作用

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多束掃描技術(shù)可以同時對神經(jīng)元組織的不同位置進(jìn)行成像。該技術(shù):對于兩個遠(yuǎn)程成像位置(相距1-2mm以上),通常采用兩個**的路徑進(jìn)行成像;對于相鄰區(qū)域,通常使用單個物鏡的多個光束進(jìn)行成像。多光束掃描技術(shù)必須特別注意激發(fā)光束之間的串?dāng)_,這可以通過事后光源分離或時空復(fù)用來解決。事后光源分離法是指分離光束以消除串?dāng)_的算法;時空復(fù)用法是指同時使用多個激發(fā)光束,每個光束的脈沖在時間上被延遲,使不同光束激發(fā)的單個熒光信號可以暫時分離。引入的光束越多,可以成像的神經(jīng)元越多,但多束會導(dǎo)致熒光衰減時間重疊增加,從而限制了分辨信號源的能力;并且復(fù)用對電子設(shè)備的工作速度要求很高;大量的光束也需要較高的激光功率來維持單束的信噪比,這樣容易導(dǎo)致組織損傷。激光掃描多光子顯微鏡供應(yīng)商高精度,低光損,多光子顯微鏡為科研提供準(zhǔn)確依據(jù)。

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快速光柵掃描有多種實現(xiàn)方式,使用振鏡進(jìn)行快速2D掃描,將振鏡和可調(diào)電動透鏡結(jié)合在一起進(jìn)行快速3D掃描,但可調(diào)電動透鏡由于機(jī)械慣性的限制在軸向無法快速進(jìn)行焦點切換,影響成像速度,現(xiàn)可使用空間光調(diào)制器(SLM)代替。遠(yuǎn)程聚焦也是一種實現(xiàn)3D成像的手段。在LSU模塊中,掃描振鏡進(jìn)行橫向掃描,ASU模塊包括物鏡L1和反射鏡M,通過調(diào)控M的位置實現(xiàn)軸向掃描。該技術(shù)不僅可以校正主物鏡L2引入的光學(xué)像差,還可以進(jìn)行快速的軸向掃描。想要獲得更多神經(jīng)元成像,可以通過調(diào)整顯微鏡的物鏡設(shè)計來擴(kuò)大FOV,但是具有大NA和大FOV的物鏡通常重量較大,無法快速移動以進(jìn)行快速軸向掃描,因此大型FOV系統(tǒng)依賴于遠(yuǎn)程聚焦、SLM和可調(diào)電動透鏡。

2020年,TonmoyChakraborty等人提出了一種加快2PM軸向掃描速度的方法[2]。在光學(xué)顯微鏡中,物鏡或樣品的緩慢軸向掃描速度限制了體積成像的速度。近年來,通過使用遠(yuǎn)程聚焦技術(shù)或電可調(diào)諧透鏡(ETL)已經(jīng)實現(xiàn)了快速軸向掃描;但是,遠(yuǎn)程聚焦中反射鏡的機(jī)械驅(qū)動會限制軸向掃描速度,ETL會引入球面像差和更高階像差,從而無法進(jìn)行高分辨率成像。為了克服這些局限性,該組引入了一種新穎的光學(xué)設(shè)計,能將橫向掃描轉(zhuǎn)換為可用于高分辨率成像的無球差的軸向掃描。該設(shè)計有兩種實現(xiàn)方式,第一種能夠執(zhí)行離散的軸向掃描,另一種能夠進(jìn)行連續(xù)的軸向掃描。具體裝置如圖3a所示,由兩個垂直臂組成,每個臂中都有一個4F望遠(yuǎn)鏡和一個物鏡。遠(yuǎn)程聚焦臂包含一個檢流掃描鏡(GSM)和一個空氣物鏡(OBJ1),另一個臂(稱為照明臂)由一個水浸物鏡(OBJ2)構(gòu)成。將這兩個臂對齊,以使GSM與兩個物鏡的后焦平面共軛。準(zhǔn)直的激光束被偏振分束器反射到遠(yuǎn)程聚焦臂中,GSM對其進(jìn)行掃描,進(jìn)而使得OBJ1產(chǎn)生的激光焦點進(jìn)行橫向掃描。多光子顯微鏡是一種高分辨率的顯微鏡技術(shù),利用多光子激發(fā)熒光的原理來觀察生物樣品的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能。

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從應(yīng)用的行業(yè)來看,多光子激光掃描顯微鏡主要集中于機(jī)構(gòu)、學(xué)校及醫(yī)院對生物科學(xué)的研究。與此同時,光學(xué)玻璃、液晶材料、濾光片、電子元器件等光學(xué)材料則組成了上行業(yè)。處于中游的多光子激光掃描顯微鏡行業(yè)正是受到上下**業(yè)的共同影響,才會呈現(xiàn)出目前的市場態(tài)勢。2020年,全球多光子激光掃描顯微鏡市場規(guī)模達(dá)到了,預(yù)計2027年將達(dá)到,年復(fù)合增長率(CAGR)為(2021-2027)。中國市場規(guī)模增長快速,2020年,中國多光子激光掃描顯微鏡市場收入達(dá)到了,預(yù)計2027年將達(dá)到,年復(fù)合增長率(CAGR)為(2021-2027)。本報告研究“十三五”期間全球及中國市場多光子激光掃描顯微鏡的供給和需求情況,以及“十四五”期間行業(yè)發(fā)展預(yù)測。重點分析全球多光子激光掃描顯微鏡的產(chǎn)能、產(chǎn)量、銷量、收入和增長潛力,歷史數(shù)據(jù)2016-2020年,預(yù)測數(shù)據(jù)2021-2027年。本文同時著重分析多光子激光掃描顯微鏡行業(yè)競爭格局,包括全球市場主要廠商競爭格局和中國本土市場主要廠商競爭格局,重點分析全球主要廠商多光子激光掃描顯微鏡產(chǎn)值、價格和市場份額,全球多光子激光掃描顯微鏡產(chǎn)地分布情況等。多光子顯微鏡,突破生物組織成像深度,洞察細(xì)胞間的奧秘。美國激光掃描多光子顯微鏡

4tune光譜檢測器,實現(xiàn)多光子顯微鏡的光譜型檢測。美國在體多光子顯微鏡作用

當(dāng)激光光束焦點的位置在鏡面上,此時被反射的激光在無限空間中成為準(zhǔn)直光束,并在OBJ2的焦平面上形成了一個激光光斑。同理,如果橫向掃描光束,則會形成遠(yuǎn)離傾斜鏡鏡面的焦點,這又導(dǎo)致返回的光束會聚或發(fā)散,進(jìn)而OBJ2能在軸向不同位置形成焦點,通過這種方式即能實現(xiàn)連續(xù)的軸向掃描。對于較小的傾斜角,聚焦沒有球差。該組在實驗中表征了這種將橫向掃描轉(zhuǎn)換為軸向掃描技術(shù)的光學(xué)性能,并使用它將光片顯微鏡的成像速度提升了一個數(shù)量級,從而可以在三個維度上量化快速的囊泡動力學(xué)。該組還演示了使用雙光子光柵掃描顯微鏡以12kHz進(jìn)行共振遠(yuǎn)程聚焦,該技術(shù)可對大腦組織和斑馬魚心臟動力學(xué)進(jìn)行快速成像,并具有衍射極限的分辨率。美國在體多光子顯微鏡作用