離體多光子顯微鏡實驗

多光子顯微鏡因擁有較深的成像深度，和較高的對比度在生物成像中有著重要的意義，但是它通常需要較高的功率。結合時間上展開的超短脈沖可以實現超快的掃描速度和較深的成像深度，但是其本身所利用的近紅外波段的光會導致分辨率較低。清華大學陳宏偉教授和北京大學席鵬研究員合作研究，結合了結構光成像和上轉化粒子，開發了一種基于多光子上轉化材料和時間編碼結構光顯微鏡的高速超分辨成像系統(MUTE-SIM)。它可以實現50MHz的超高的掃描速度，并突破了衍射極限，實現了超分辨成像。相較于普通的熒光顯微鏡，該顯微鏡提升了，并且只需要較低的激發功率。這種超快、低功率、多光子的超分辨技術，在分辨率高的生物深層組織成像上有著長遠的應用前景。多光子激光掃描顯微鏡是建立在激光掃描顯微鏡技術基礎上的實驗方法，三維觀察上提供更的光學切片能力。離體多光子顯微鏡實驗

某種物質能產生熒光，首要條件是分子必須具有吸收的結構，即生色團（分子中具有吸收特征頻率的光能的基團）。其次，該物質必須具有一定的量子產率和適宣的環境。我們把分子中發射熒光的基團稱為熒光團。熒光團一定是生色團，但生色團不一定是熒光團。因為，如果生色團的量子產率等于零，就不能發射出熒光，處于激發態的分子，可以由許多方式（如熱，碰撞）把能量釋放出來，發射熒光只是其中的一種方式。此外，一種物質吸收光的能力及量子產率又與物質所處的環境密切相關。離體多光子顯微鏡實驗從產品類型及技術方面來看，正置顯微鏡占據絕大多數市場。

現代分子生物學技術的迅速發展和科技的進步，特別是隨著后基因組時代的到來，人們已經能夠根據需要建立各種細胞模型，為在體研究基因表達規律、分子間的相互作用、細胞的增殖、細胞信號轉導、誘導分化、細胞凋亡以及新的血管生成等提供了良好的生物學條件。然而，盡管人們利用現有的分子生物學方法，已經對基因表達和蛋白質之間的相互作用進行了深入、細致的研究，但仍然不能實現對蛋白質和基因活動的實時、動態監測。在細胞的生理過程中，基因、尤其是蛋白質的表達、修飾和相萬作用往往發生可逆的、動態的變化。目前的分子生物學方法還不能捕獲到蛋白質和基因的這些變化，但獲取這些信息對與研究基因的表達和蛋白質之間的相互作用又至關重要。因此，發展能用于、動態、實時、連續監測蛋白質和基因活動的方法是非常有必要的。

作為一個多學科交叉、知識密集、資金密集的高技術產業，多光子顯微鏡涉及醫學、生物學、化學、物理學、電子學、工程學等學科，生產工藝相對復雜，進入門檻較高，是衡量一個國家制造業和高科技發展水平的重要標準之一。過去的5年，多光子顯微鏡市場集中，由于投產生產的成本較高，技術難度大，目前涌現的新企業不多。顯微鏡作為一個傳統的高科技行業，其作用至今沒有被其他技術顛覆，只是不斷融合并發展相關技術，在醫療和其他精密檢測領域發揮著更大的作用。顯微鏡的商業化發展已進入成熟期，主要需求來自教學、生命科學的研究及精密檢測等，全球市場呈現平緩的增長態勢。然而，顯微鏡產品（如多光子顯微鏡、電子顯微鏡）正拉動市場需求，多光子顯微鏡市場發展潛力巨大。多光子顯微鏡涉及醫學、生物學、化學、物理學、電子學、工程學等學科，生產工藝相對復雜，進入門檻較高。

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。為了實現多光子激發，照明光束在空間上聚焦（使用光學器件），同時使用高能短脈沖激發光束以提高兩個（或更多）光子同時到達同一位置（即熒光團分子）的概率。多光子顯微技術的例子包括二次諧波產生(SHG)、三次諧波產生(THG)、相干反斯托克斯拉曼光譜(CARS)和受激發射耗盡(STED)顯微技術。由于這些技術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組件很重要，并且激光反射二向色鏡應具有低GDD特性。多光子顯微鏡的發展歷史充滿了貢獻、開發、進步和數個世紀以來多個來源和地點的改進。離體多光子顯微鏡實驗

多光子顯微鏡中，極短的激光脈沖聚焦在樣品上的緊密點上，激發熒光團產生圖像。離體多光子顯微鏡實驗

ＳｔｅｒｎａｎｄＪｅａｎＭａｒｘ在評論中說：祖家能夠在更為精細的層次研究樹突的功能，這在以前是完全不可能的。新的技術（如腦片的膜片鉗和雙光子顯微使人們對樹突的計算和神經信號處理中的作用有了更好的理解。他們解釋了是樹突模式和形狀多樣性，及其獨特的電、及其獨特的電化學特征使神經元完成了一系列的專門任務。雙光子與共聚焦在發育生物學中的應用雙光子∶每2.5分鐘掃描一次，觀察24小時，發育到桑椹胚和胚泡階段共聚焦∶每15分鐘掃描一次，觀察8小時后細胞分裂停止，不能發育到桑椹胚和胚泡階段共聚焦激發時的細胞存活率為多光子系統的10～20%。離體多光子顯微鏡實驗