臨研所,、病理科和科研處邀請北京大學(xué)王愛民副教授在2020年12月22日做了題目為“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)報告,。學(xué)術(shù)報告由臨研所醫(yī)學(xué)實驗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)進展”和“中國科學(xué)進展”,，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,，為未來即時病理,、離體組織檢測,、術(shù)中診斷等提供新型的影像手段和分析方法,。雙光子顯微鏡的性能得到不斷地優(yōu)化,，結(jié)合它的特點,，大致可以分成深和活兩個方面的提升,。進口雙光子顯微鏡光損傷

光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡本質(zhì)的區(qū)別在于,，光學(xué)顯微鏡：用的是可見光電子顯微鏡：用的是高頻電子射波有什么區(qū)別,，在于一個基本的原理,，光的衍射。,。,。光波是一個有趣的東西，其中有一項,，如果物體的體積小于光的波長,，光一般可以繞過去，不發(fā)生明顯變化,。也就是說,，有這個物體和沒這個物體，在這種情況下,，光是不會發(fā)生明顯改變的,。可見光的波長（肉眼）：380～780納米,，也就是,，如果比380納米還要小的東西，用光學(xué)顯微鏡,，無論你放大多少倍,，也是看不見的。因為光繞過去了,。,。,。光的衍射為了克服這個問題，科學(xué)家用波長更短的光去照射物體,，也是就被觀測物,。比如10納米級的光，這樣,，就能看到我們用肉眼無論如何都看不見的東西,。這就是電子顯微鏡多說一句，光速是不變的,。光速=頻率×波長,。波長越短，頻率越大,。,。頻率越大，光波的能量越大,。這就是為什么電子顯微鏡的功率越大,，能看到的東西越小。顏色取決于物體能反射光的波長的長短當(dāng)你看到的物體小于較小可見光的波長,，那它就是沒有顏色的,。。,。因為顏色是肉眼對于可見光頻率在大腦中的投影,。。,。,。所以只能把他們統(tǒng)一變?yōu)楹诎住?。,。沒有顏色不是透明的意思，它們不是肉眼可見顏色的定義中包含的,。美國布魯克雙光子顯微鏡光刺激雙光子顯微鏡能夠進行光裂解,、光轉(zhuǎn)染和光損傷等光學(xué)操縱。

隨著技術(shù)的發(fā)展,，雙光子顯微鏡的性能得到不斷地優(yōu)化,，結(jié)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(fā)激光進入更深的層面,，大致可從兩個方面入手，裝置優(yōu)化與標(biāo)本改造,。關(guān)于裝置優(yōu)化,，我們可以把激光束變得更細(xì),，使能量更加集中，就能讓激光穿透更深,。關(guān)于標(biāo)本,，其中影響光傳播的主要是物質(zhì)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(zhì)將標(biāo)本浸泡，使其中的物質(zhì)（主要是脂質(zhì)）被破壞或溶解,。另一種方法是運用電泳將脂質(zhì)電解,，讓標(biāo)本的“透明度”得到提高。

細(xì)胞內(nèi)鈣離子作為重要的信號分子其作用具有時間性和空間性,。當(dāng)個細(xì)胞興奮時,，產(chǎn)生了一個電沖動，此時,，細(xì)胞外的鈣離子流入該細(xì)胞內(nèi),，促使該細(xì)胞分泌神經(jīng)遞質(zhì)，神經(jīng)遞質(zhì)與相鄰的下一級神經(jīng)細(xì)胞膜上的蛋白分子結(jié)合,，促使這一級神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生新的電沖動,。以此類推，神經(jīng)信號便一級一級地傳遞下去,，從而構(gòu)成復(fù)雜的信號體系,，終形成學(xué)習(xí),、記憶等大腦的高級功能,。在哺乳動物神經(jīng)系統(tǒng)中，鈣離子同樣扮演著重要的信號分子的角色,。靜息狀態(tài)下大部分神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度約為50-100nM,，而細(xì)胞興奮時鈣離子濃度能瞬間上升10-100倍，增加的鈣離子對于突觸囊泡胞吐釋放神經(jīng)遞質(zhì)的過程必不可少,。眾所周知,，只有游離鈣才具有生物學(xué)活性，而細(xì)胞質(zhì)內(nèi)鈣離子濃度由鈣離子的內(nèi)外流平衡所決定,，同時也受鈣結(jié)合蛋白的影響,。細(xì)胞外鈣離子內(nèi)流的方式有很多種，其中包括電壓門控鈣離子通道,、離子型谷氨酰胺受體,、煙堿型膽堿能受體（nAChR）和瞬時受體電位C型通道（TRPC）等。神經(jīng)元鈣成像的原理就是利用特殊的熒光染料或鈣離子指示劑將神經(jīng)元中鈣離子濃度的變化通過熒光強度表現(xiàn)出來,，以反映神經(jīng)元活性,。該方法可以同時去觀察多個功能或位置相關(guān)的腦細(xì)胞,。雙光子顯微鏡比單光子共聚焦顯微鏡較大的不同在于無須使用孔限制光學(xué)散射。

目前,，腦科學(xué)的研究在全球范圍內(nèi)如火如荼,，中國的腦計劃也即將啟動。其中,，全景式分析腦連接圖和功能動態(tài)圖的研究成為重點研究方向,，如何打破尺度壁壘，將微觀神經(jīng)元和突觸的信息處理和個體行為信息與全腦融合,，是該領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵挑戰(zhàn),。2021年1月6日，由北京大學(xué)分子醫(yī)學(xué)研究所牽頭,，北京大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院電子系,、工程學(xué)院和中國人民醫(yī)學(xué)科學(xué)院組成的跨學(xué)科團隊在NatureMethods上在線發(fā)表了一篇題為《大視場、多平面,、長程腦成像的微型雙光子拷貝》的文章,。本文報道了第二代小型化雙光子熒光顯微鏡FHIRM-TPM2.0。其成像視場是團隊2017年發(fā)布的第1代小型化顯微鏡的7.8倍,。同時具有三維成像能力,，獲得了小鼠自由運動行為時大腦三維區(qū)域數(shù)千個神經(jīng)元清晰穩(wěn)定的動態(tài)功能圖像，實現(xiàn)了對同一批次神經(jīng)元一個月的跟蹤記錄,。這種雙光子顯微鏡的視場是普通顯微鏡的10倍,。國外雙光子顯微鏡用途

雙光子顯微鏡工作原理是利用兩個光子的能量相加達到熒光激發(fā)能量閾值，來激發(fā)樣品中熒光分子發(fā)出熒光信號,。進口雙光子顯微鏡光損傷

摻雜可以明顯影響碳點（CDs）的發(fā)射和激發(fā)特性,，使雙光子碳點（TP-CDs）具有本征雙光子激發(fā)特性和605nm的紅光發(fā)射特性。在638nm激光照射下,，除了長波激發(fā)和發(fā)射外,，還可以實現(xiàn)活性氧（ROS）的產(chǎn)生，這為光動力技術(shù)提供了巨大的可能性,。更重要的是,，通過各種表征和理論模擬證實，摻雜誘導(dǎo)的N雜環(huán)在TP-CDs與RNA的親和力中起關(guān)鍵作用,。這種親和力不僅為實現(xiàn)核仁特異性自我靶向提供了可能,，而且通過ROS斷裂RNA鏈解離TP-CDs@RNA復(fù)合物，賦予治療過程中的熒光變異,。TP-CDs結(jié)合了ROS的產(chǎn)生能力,、光動力療法（PDT）過程中的熒光變化、長波激發(fā)和發(fā)射特性以及核仁的特異性自靶向性,，可以認(rèn)為是一種結(jié)合核仁動態(tài)變化實時處理的智能CDs,。進口雙光子顯微鏡光損傷