2020年,，臨研所、病理科和科研處邀請北京大學王愛民副教授做了題目為“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”的學術(shù)報告,。學術(shù)報告由臨研所醫(yī)學實驗研究平臺潘琳老師主持,。王愛民，北京大學信息科學技術(shù)學院副教授,，畢業(yè)于北京大學物理系,，獲學士、碩士學位,，后于英國巴斯大學物理系獲博士學位,。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“中國光學進展”和“中國科學進展”，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)在臨床診斷中的應用，為未來即時病理,、離體組織檢測,、術(shù)中診斷等提供新的影像手段和分析方法。成像平臺倒置雙光子顯微鏡啟用顯微鏡自帶調(diào)焦設(shè)備,。ultima雙光子顯微鏡的原理

臨研所,、病理科和科研處邀請北京大學王愛民副教授在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”的學術(shù)報告。學術(shù)報告由臨研所醫(yī)學實驗研究平臺潘琳老師主持,。王愛民,，北京大學信息科學技術(shù)學院副教授，畢業(yè)于北京大學物理系,，獲學士,、碩士學位，后于英國巴斯大學物理系獲博士學位,。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“中國光學進展”和“中國科學進展”,，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。國內(nèi)熒光激光雙光子顯微鏡最大分辨率雙光子顯微鏡中,，同樣每個時刻只有焦平面上一個點的信號被探測,，并且連焦平面外的熒光信號也不會有。

而配合了雙光子激發(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,，熒光分子可以同時吸收2個長波長的光子使電子躍遷到較高能級，經(jīng)過一個很短的時間后,，電子再躍遷回低能級同時放出一個波長為長波長一半的光子（P=h/λ）,。利用這個原理，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,，而物鏡焦點處的光子密度是比較高的,，所以只有在焦點處才能發(fā)生雙光子激發(fā)，產(chǎn)生熒光,，該點產(chǎn)生的熒光再穿過物鏡,，從而被光探頭接收，從而達到逐點掃描的效果,。

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)化與標本改造,。關(guān)于裝置優(yōu)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(guān)于標本,，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，讓標本的“透明度”提高,。雙光子顯微鏡能夠在細胞甚至是亞細胞水平上對神經(jīng)細胞的形態(tài)結(jié)構(gòu),、離子濃度、細胞運動,、進行直接成像監(jiān)測,。

1990年初，當WinfriedDenk剛從康奈爾大學博士畢業(yè)準備前往瑞士讀博后時,，他看了一本關(guān)于激光掃描顯微鏡的書,，從中了解到非線性光學效應——強光和物質(zhì)的相互作用。當時,，Denk有同事研究生物樣品中的鈣離子但苦于沒有強大的紫外激光器和光學元件,，于是他就想到如果使用雙光子吸收就能夠繞開紫外，換言之,，與其通過一個紫外光子激發(fā)標記的鈣離子,，通過兩個雙倍波長的可見光光子也能激發(fā)相同的熒光。有了想法后馬上實驗,。借了一套染料飛秒激光器,，Denk聯(lián)合他的導師WattWebb及其博士生JamesStrickler只用六個小時就完成了實驗搭建，采集數(shù)據(jù)則用了兩到三天,，于是一篇里程碑式的文章就此誕生了。雙光子顯微鏡知多少,。ultimainvestigator雙光子顯微鏡光子躍遷

雙光子顯微鏡使用高能量鎖模脈沖器,。ultima雙光子顯微鏡的原理

在高光子密度的情況下，熒光分子可以同時吸收兩個長波長的光子,，然后發(fā)射出一個波長較短的光子,，其效果和使用一個波長為長波長一半的光子去激發(fā)熒光分子是相同的（如下圖）。如煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）,，在單光子激發(fā)時,，在波長為350nm光的激發(fā)下發(fā)出450nm熒光；而在雙光子激發(fā)時,，可采用750nm的激發(fā)光得到450nm熒光,。由于雙光子激發(fā)需要很高的光子密度，為了不損傷細胞,，雙光子顯微鏡使用高能量鎖模脈沖激光器,。這種激光器發(fā)出的激光具有很高的峰值能量和很低的平均能量，從而可以減少光漂白和光毒性帶來的不利影響。ultima雙光子顯微鏡的原理