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美國離體多光子顯微鏡實(shí)驗(yàn)操作

來源: 發(fā)布時間:2024-10-08

對于雙光子成像而言,離焦和近表面熒光激發(fā)是兩個比較大的深度限制因素,而對于三光子成像這兩個問題大大減小,但是三光子成像由于熒光團(tuán)的吸收截面比2P要小得多,所以需要更高數(shù)量級的脈沖能量才能獲得與2P激發(fā)的相同強(qiáng)度的熒光信號。功能性3P顯微鏡比結(jié)構(gòu)性3P顯微鏡的要求更高,它需要更快速的掃描,以便及時采樣神經(jīng)元活動;需要更高的脈沖能量,以便在每個像素停留時間內(nèi)收集足夠的信號。復(fù)雜的行為通常涉及到大型的大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),該網(wǎng)絡(luò)既具有局部的連接又具有遠(yuǎn)程的連接。要想將神經(jīng)元活動與行為聯(lián)系起來,需要同時監(jiān)控非常龐大且分布普遍的神經(jīng)元的活動,大腦中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會在幾十毫秒內(nèi)處理傳入的刺激,要想了解這種快速的神經(jīng)元動力學(xué),就需要MPM具備對神經(jīng)元進(jìn)行快速成像的能力??焖費(fèi)PM方法可分為單束掃描技術(shù)和多束掃描技術(shù)。光子顯微成像技術(shù)不是什么新技術(shù),早在20多年前就有了,目前已經(jīng)在生命科學(xué)和材料科學(xué)中廣泛應(yīng)用。美國離體多光子顯微鏡實(shí)驗(yàn)操作

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單束掃描技術(shù)可以高速遍歷大視場(FOV)的神經(jīng)組織:使用MPM對神經(jīng)元進(jìn)行成像時,通過隨機(jī)訪問掃描—即激光束在整個視場上的任意選定點(diǎn)上進(jìn)行快速掃描—可以只掃描感興趣的神經(jīng)元,這樣不僅避免掃描到任何未標(biāo)記的神經(jīng)纖維,還可以優(yōu)化激光束的掃描時間。隨機(jī)訪問掃描(圖1)可以通過聲光偏轉(zhuǎn)器(AOD)來實(shí)現(xiàn),其原理是將具有一個射頻信號的壓電傳感器粘在合適的晶體上,所產(chǎn)生的聲波引起周期性的折射率光柵,激光束通過光柵時發(fā)生衍射。通過射頻電信號調(diào)控聲波的強(qiáng)度和頻率從而可以改變衍射光的強(qiáng)度和方向,這樣使用1個AOD就可以實(shí)現(xiàn)一維橫向的任意點(diǎn)掃描,利用1對AOD,結(jié)合其他軸向掃描技術(shù)可實(shí)現(xiàn)3D的隨機(jī)訪問掃描。但是該技術(shù)對樣本的運(yùn)動很敏感,易出現(xiàn)運(yùn)動偽影。目前,快速光柵掃描即在FOV中進(jìn)行逐行掃描,由于利用算法可以輕松解決運(yùn)動偽影而被普遍的使用。美國嚙齒類多光子顯微鏡三維分辨率多光子顯微鏡技術(shù)的優(yōu)勢如何?又有哪些應(yīng)用?

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當(dāng)激光光束焦點(diǎn)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(diǎn),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(diǎn),通過這種方式即能實(shí)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(shí)驗(yàn)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。

比較兩表格中的相關(guān)參數(shù)可以看出,基于分子光學(xué)標(biāo)記的成像技術(shù)已經(jīng)在生物活檢和基因表達(dá)規(guī)律方面展示了較大的優(yōu)勢。例如,正電子發(fā)射斷層成像(PET)可實(shí)現(xiàn)對分子代謝的成像,空間分辨率∶1-2mm,時間分辨率;分鐘量級。與PET比較,光學(xué)成像的應(yīng)用場合更廣(可測量更多的參數(shù),請參見表1-1),且具有更高的時間分辨率(秒級),空間分辨率可達(dá)到微米。因此,二者相比,雖然光學(xué)成像在測量深度方面不及PET,但在測量參數(shù)種類與時空分辨率方面有一定優(yōu)勢。對于小動物(如小白鼠)研究來說,光學(xué)成像技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)小動物整體成像和在體基因表達(dá)成像。例如,初步研究表明,熒光介導(dǎo)層析成像可達(dá)到近10cm的測量深度;基于多光子激發(fā)的顯微成像技術(shù)可望實(shí)現(xiàn)小鼠體內(nèi)基因表達(dá)的實(shí)時在體成像。國內(nèi)市場多光子顯微鏡銷售渠道。

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單光子激發(fā)熒光和雙光子激發(fā)熒光,是從熒光產(chǎn)生的機(jī)理上來區(qū)分的。而共焦則是熒光顯微鏡的一種結(jié)構(gòu),其目的是為了,通過共焦結(jié)構(gòu),提高整個熒光顯微鏡的空間分辨率。所以共焦熒光顯微鏡可以根據(jù)激發(fā)光源的不同,實(shí)現(xiàn)單光子共焦熒光成像或者雙光子共焦熒光成像。往往一個普通的雙光子熒光顯微鏡(沒有共焦結(jié)構(gòu))其空間分辨率也可以達(dá)到單光子共焦熒光顯微鏡的水平。這樣就可以簡化整個系統(tǒng),相對來說,就提高了激發(fā)光源的利用率,以及熒光的探測效率,這個也是我們提倡雙光子熒光成像的原因之一。雙光子熒光共焦顯微鏡由于雙光子效應(yīng)和共焦結(jié)構(gòu),分辨率則會更高,而我們通常說的共焦顯微鏡都是指單光子激發(fā)熒光的。多光子顯微鏡在生物醫(yī)學(xué)研究中有廣泛的應(yīng)用,可以觀察細(xì)胞內(nèi)的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)分布、細(xì)胞活動等。美國在體多光子顯微鏡原理

光子顯微鏡是一種使用可見光或近紅外光的顯微鏡。美國離體多光子顯微鏡實(shí)驗(yàn)操作

首代小型化雙光子顯微鏡在國際上獲得小鼠自由行為過程中大腦神經(jīng)元和突觸的動態(tài)圖像后,我們成功研制了第二代小型化雙光子顯微鏡。它具有更大的成像視野和三維成像能力,可以清晰穩(wěn)定地對自由活動小鼠三維腦區(qū)的數(shù)千個神經(jīng)元進(jìn)行成像,實(shí)現(xiàn)對同一批神經(jīng)元的一個月追蹤記錄。通過對微光學(xué)系統(tǒng)的重新設(shè)計系統(tǒng)的。微物鏡工作距離延長至1mm,實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)成像。內(nèi)嵌可拆卸的快速軸向掃描模塊,可采集深度180微米的3D體成像和多平面快速切換的實(shí)時成像。該掃描模塊由一個快速的電動變焦透鏡和一對中繼透鏡組成,在不同深度成像時可保持放大倍率恒定。其變焦模塊重量,研究人員可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求自由拆卸。此外,新版微型化成像探頭可整體即時拔插,極大地簡化了實(shí)驗(yàn)操作,避免了長周期實(shí)驗(yàn)時對動物的干擾。在重復(fù)裝卸探頭同一批神經(jīng)元時,視場旋轉(zhuǎn)角小于,邊界偏差小于35微米。美國離體多光子顯微鏡實(shí)驗(yàn)操作