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高光子密度帶來的高能量容易損傷細胞，所以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，其脈沖達到最大值所持續的周期只有十萬億分之一秒，而其頻率可以達到80至100兆赫，這樣即能達到雙光子激發的高光子密度要求，又能不損傷細胞，使掃描能更好地進行。雙光子顯微鏡在各領域研究中已有許多成功實例生物領域：貝爾實驗室的Svoboda等人研究了大腦皮層神經元細胞內鈣離子動力學情形。利用雙光子顯微鏡觀察到的現象證明了鈣離子的增加依賴于肌體觸發的鈉離子作用電勢。信息領域：美國科學家Rentzepis提出了一種在現有二維光盤的基礎上將數據儲存擴展到三維空間。由于雙光子激發具有作用精細體積小的特點，避免了層與層之間的互相干擾，極大地提高了數據儲存密度。雙光子顯微鏡在組織透明化成像中應用。國外ultimainvestigator雙光子顯微鏡廠家電話

后續實驗使用碘化丙啶(PI)來指示細胞在7、8、9和10分鐘的延時觀察后的損傷情況，來驗證該光學系統對活細胞長期觀察的適用性。在觀察期間，88個焦點以100毫秒的曝光時間，曝光間隔1s照射樣品，激發強度為3.21×104W/cm2，激發波長為525nm，使用前文提到的60×物鏡及1.0AU孔徑，圖5(a)-(d)為引入PI的成像圖，(e)-(h)為相應的相應襯度圖。改變激發條件為每照射500ms間隔5s，得到相應的(i)-(p)。由圖像可知，延時觀察小于8分鐘的情況下不造成可見細胞損傷，對于實際3D延時成像，由于焦平面是移動的，所以預期細胞存活時間會更長，可見這是一種在3D在體延時成像中具有很大優勢的成像方案。ultima雙光子顯微鏡磷光壽命計數雙光子顯微鏡大量運營在實驗室當中；

隨著技術的發展，雙光子顯微鏡的性能得到不斷地優化，結合它的特點，大致可以分成深和活兩個方面的提升。要想讓激發激光進入更深的層面，大致可從兩個方面入手，裝置優化與標本改造。關于裝置優化，我們可以把激光束變得更細，使能量更加集中，就能讓激光穿透更深。關于標本，其中影響光傳播的主要是物質吸收和散射，解決這個問題，我們需要對樣本進行透明化處理。一種方法是運用某種物質將標本浸泡，使其中的物質（主要是脂質）被破壞或溶解。另一種方法是運用電泳將脂質電解，讓標本“透明度”提高。

雙光子吸收理論早在1931年就由諾獎得主提出，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。WinfriedDenk初使用的光源是染料飛秒激光器(100fs脈寬、630nm可見光波長)。雖然染料激光器對于實驗室演示尚可，但是使用很不方便所以遠未實現商用。很快雙光子顯微鏡的標配光源就變成了飛秒鈦寶石激光器。除了固態光源優勢，鈦寶石激光器還具有較寬的近紅外波長調諧范圍，而近紅外相比可見光穿透更深，對生物樣品損傷更小。雙光子顯微鏡還可以對一些具有雙光子特性的染料細胞進行特定實驗；

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。雙光子顯微鏡可以進行厚的組織樣品拍攝。布魯克雙光子顯微鏡成像視野

雙光子顯微鏡已成為較厚有生命體生物組織三維成像中不可或缺的工具。國外ultimainvestigator雙光子顯微鏡廠家電話

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