在國家自然科學(xué)基金委國家重大科研儀器研制專項(xiàng)《超高時(shí)空分辨微型化雙光子在體顯微成像系統(tǒng)》的支持下,，北京大學(xué)分子醫(yī)學(xué)研究所,、信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院、動(dòng)態(tài)成像中心,、生命科學(xué)學(xué)院,、工學(xué)院聯(lián)合中國人民醫(yī)學(xué)科學(xué)院組成跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)，歷經(jīng)三年多的協(xié)同奮戰(zhàn),，成功研制新一代高速分辨微型化雙光子熒光顯微鏡,，并獲取了小鼠在自由行為過程中大腦神經(jīng)元和神經(jīng)突觸活動(dòng)清晰,、穩(wěn)定的圖像。原始論文于5月29日在線發(fā)表于自然雜志子刊NatureMethods(IF25.3),，并已申請(qǐng)多項(xiàng),。雙光子顯微鏡使用長波長脈沖光，是通過物鏡匯聚的,。國外布魯克雙光子顯微鏡

雙光子顯微鏡是一種先進(jìn)的成像技術(shù),，可以在保持細(xì)胞活性的情況下，對(duì)深層組織進(jìn)行高分辨率成像,。它主要用于生物學(xué),、醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域的研究。雙光子顯微鏡的重心技術(shù)是基于雙光子激發(fā)的熒光成像,。當(dāng)激光通過樣品時(shí),，它會(huì)吸收特定波長的光子，然后發(fā)出熒光,。雙光子顯微鏡使用兩個(gè)連續(xù)的光子同時(shí)激發(fā)樣品,，這樣可以在保持樣品完整性的同時(shí)，獲得高質(zhì)量的圖像,。雙光子顯微鏡具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.高分辨率：由于雙光子激發(fā)的特性,，它可以獲得比傳統(tǒng)顯微鏡更高的分辨率。2.深層成像：由于激光的穿透深度限制,，傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡無法對(duì)深層組織進(jìn)行成像,。而雙光子顯微鏡可以解決這個(gè)問題，因?yàn)樗梢约ぐl(fā)樣品的深層熒光,。3.活細(xì)胞成像：雙光子顯微鏡可以在保持細(xì)胞活性的情況下進(jìn)行成像,，這對(duì)于研究細(xì)胞生理學(xué)和生物化學(xué)過程非常有用。4.多模式成像：雙光子顯微鏡可以結(jié)合多種技術(shù),，如光譜成像,、鈣離子成像和神經(jīng)活動(dòng)成像等，以提供更豐富的生物樣品信息,?？傊p光子顯微鏡是一種強(qiáng)大的研究工具,，可以對(duì)深層組織和活細(xì)胞進(jìn)行無損成像,。這使得它在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域的研究中具有廣泛的應(yīng)用,。國外激光熒光雙光子顯微鏡光損傷雙光子顯微鏡明日之星--FemtoFiber ultra 920 ,。

雙光子技術(shù)在醫(yī)療診斷應(yīng)用中具有巨大的潛力，該領(lǐng)域還未形成標(biāo)準(zhǔn)和體系,，還仍需要系統(tǒng)的醫(yī)學(xué)研究與龐大的醫(yī)療數(shù)據(jù)加以支撐,，通過研究人體基于多光子成像技術(shù),，進(jìn)行細(xì)胞結(jié)構(gòu)、生化成分,、微環(huán)境,、組織形態(tài)、代謝功能的影響信息,，找到與疾病的細(xì)胞學(xué),、分子生物學(xué)、組織病理學(xué),、診斷和特征的關(guān)聯(lián)關(guān)系,，共同探究生理病理基礎(chǔ)和分子細(xì)胞生物學(xué)機(jī)制，篩選鑒定,、皮膚病,、自身免疫病及其他疑難疾病的診斷及鑒別診斷依據(jù)，建立全新的多光子細(xì)胞診斷的完整數(shù)據(jù)庫,，定義出針對(duì)不同疾病的多光子臨床檢測設(shè)備的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),。討論環(huán)節(jié)，來自病理科,、呼吸中心、心臟科,、神經(jīng)科,、皮膚科及研究所的多位醫(yī)師及研究人員紛紛結(jié)合各自的工作領(lǐng)域與王愛民副教授展開了熱烈的討論，其中毛發(fā)中心楊頂權(quán)主任計(jì)劃再次邀請(qǐng)王愛民副教授進(jìn)行學(xué)術(shù)交流,。通過本次學(xué)術(shù)交流,，病理科與研究所分別與王愛民副教授課題組達(dá)成了初步的合作意向。

配合了雙光子激發(fā)技術(shù),，激光共聚掃描顯微鏡則能更好得發(fā)揮功效,。那么什么是雙光子激發(fā)技術(shù)呢？在高光子密度的情況下,，熒光分子可以同時(shí)吸收2個(gè)長波長的光子使電子躍遷到較高能級(jí),，經(jīng)過一個(gè)很短的時(shí)間后，電子再躍遷回低能級(jí)同時(shí)放出一個(gè)波長為長波長一半的光子（P=h/λ）,。利用這個(gè)原理,，便誕生了雙光子激發(fā)技術(shù)。雙光子顯微鏡使用長波長脈沖激光,，通過物鏡匯聚,，由于雙光子激發(fā)需要很高的光子密度，而物鏡焦點(diǎn)處的光子密度是比較高的,，所以只有在焦點(diǎn)處才能發(fā)生雙光子激發(fā),，產(chǎn)生熒光,，該點(diǎn)產(chǎn)生的熒光再穿過物鏡，被光探頭接收,，從而達(dá)到逐點(diǎn)掃描的效果,。雙光子顯微鏡的探測器,該怎么選用?

臨研所、病理科和科研處邀請(qǐng)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(bào)告,。學(xué)術(shù)報(bào)告由臨研所醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)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(dòng)態(tài)信號(hào),，該成果獲得了2017年度“中國光學(xué)進(jìn)展”和“中國科學(xué)進(jìn)展”,，并被NatureMethods評(píng)為2018年度“年度方法--無限制行為動(dòng)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(shí)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,。雙光子顯微鏡已延伸到各個(gè)領(lǐng)域研究中，它能對(duì)樣品進(jìn)行三維觀察,。美國bruker雙光子顯微鏡的原理

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TOPTICAFemtoFiberultra920超快光纖激光器是一種易于操作和免維護(hù)的激光系統(tǒng)其輸出波長為920nm，非常適合常規(guī)熒光基團(tuán)(如GFP,、eGFP,、曙紅、GCaMP,、CFP,、鈣黃綠素或金星)的雙光子激發(fā)。它可以為熒光基團(tuán)提供相對(duì)較高的峰值功率,，常用于神經(jīng)科學(xué)和其他與激光相關(guān)的光子學(xué),。此外，其獨(dú)特的設(shè)計(jì)(簡單和經(jīng)濟(jì)的光源)具有創(chuàng)新雙光子熒光顯微鏡發(fā)展的潛力,。在雙光子顯微鏡中,，峰值功率就是亮度！如果你想獲得更好的圖像亮度，那么你需要短脈沖,，高功率,，更重要的是，干凈的時(shí)間脈沖形狀,。FemtoFiberultra920具有足夠高的輸出功率,、短脈沖、獨(dú)特的Clean-Pulse技術(shù)和相對(duì)較高的峰值功率,，這使得在雙光子顯微鏡中實(shí)現(xiàn)****亮度而無需對(duì)樣品進(jìn)行不必要的加熱成為可能,。FemtoFiberultra920全包式、完全集成的色散補(bǔ)償(可確保樣品處的短脈沖),、內(nèi)置電源控制,、直觀的操作及其堅(jiān)固緊湊的設(shè)計(jì)使系統(tǒng)具有非常友好的用戶體驗(yàn)，是非線性顯微鏡應(yīng)用的良好解決方案,。例如,，熒光蛋白的雙光子激發(fā)和基于SHG的對(duì)比機(jī)制國外布魯克雙光子顯微鏡