激光扫描多光子显微镜应用

时间:2024年02月27日 来源:

随着现代分子生物学技术的快速发展和科学技术的进步,特别是后基因组时代的到来,人们已经能够根据需要建立各种细胞模型,这为在体内研究基因表达、分子间相互作用、细胞增殖、细胞信号转导、诱导分化、细胞凋亡和新生血管生成提供了良好的生物学条件。然而,尽管利用现有的分子生物学方法对基因表达与蛋白质的相互作用进行了深入细致的研究,但仍然无法实现对蛋白质和基因活性的实时动态监测。在细胞的生理过程中,基因尤其是蛋白质的表达、修饰和相互作用往往是可逆的、动态变化的。目前,分子生物学方法无法捕捉到蛋白质和基因的这些变化,但获得这些信息对于研究基因表达与蛋白质的相互作用非常重要。因此,有必要发展一种动态、实时、连续监测蛋白质和基因活性的方法。突破光学成像技术的限制,多光子显微镜为科研工作提供新思路。激光扫描多光子显微镜应用

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    Ca2+是重要的第二信使,对于调节细胞的生理反应具有重要的作用,开发和利用双光子荧光显微成像技术对Ca2+荧光信号进行观测,可以从某些方面对有机体或细胞的变化机制进行分析,具有重要的意义。利用双光子荧光显微成像技术可以观察细胞内用荧光探针标记的Ca2*的时间和空间的荧光图像的变化,还可以观察细胞某一层面或局部的(Ca2+)荧光图像和变化。通过对单细胞的研究发现,Ca2+不仅在细胞局部区域间的分布是不均匀的,而且细胞内各局部区域的不同深度或层次间也存在不同程度的Ca2+梯差即所谓的空间Ca2梯差。多光子显微镜数据处理滔博生物-三维显微镜-适用于各行各业的观察需求!

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细胞在受到外界刺激时,随着刺激时间的增长,即使刺激继续存在,Ca2+荧光信号不但不会继续增强,反而会减弱,直至恢复到未加刺激物时的水平。对于细胞受精过程中Ca2+荧光信号的变化情况,研究发现,配了在粘着过程中,Ca2+荧光信号未发生任何变化,而配子之间发生融合作用时,Ca2+荧光信号强度却会出现一个不稳定的峰值,并可持续几分钟。这些现象,对研究受精发育的早期信号及Ca2+在卵细胞和受精卵的发育过程中的作用具有重要的意义。在其它一些生理过程如细胞分裂、胞吐作用等等,Ca2+荧光信号强度也会发生很强的变化。

Sternand Jean Marx在评论中说:祖家能够在更为精细的层次研究树突的功能,这在以前是完全不可能的。新的技术(如脑片的膜片钳和双光子显微使人们对树突的计算和神经信号处理中的作用有了更好的理解。他们解释了是树突模式和形状多样性,及其独特的电、及其独特的电化学特征使神经元完成了一系列的专门任务。双光子与共聚焦在发育生物学中的应用双光子∶每2.5分钟扫描一次,观察24小时,发育到桑椹胚和胚泡阶段共聚焦∶每15分钟扫描一次,观察8小时后细胞分裂停止,不能发育到桑椹胚和胚泡阶段共聚焦激发时的细胞存活率为多光子系统的10~20%。实现细胞内分子级观测,多光子显微镜开启生命科学新篇章。

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2020年,TonmoyChakraborty等人提出了加速2PM轴向扫描速度的方法[2]。在光学显微镜中,物镜或样品缓慢的轴向扫描速度限制了体成像的速度。近年来,通过使用远程聚焦技术或电调谐透镜(ETL)已经实现了快速轴向扫描。但远程对焦时对反射镜的机械驱动会限制轴向扫描速度,ETL会引入球差和高阶像差,无法进行高分辨率成像。为了克服这些限制,该小组引入了一种新的光学设计,可以将横向扫描转换为无球面像差的轴向扫描,以实现高分辨率成像。有两种方法可以实现这种设计。***个可以执行离散的轴向扫描,另一个可以执行连续的轴向扫描。如图3a所示,特定装置由两个垂直臂组成,每个臂具有4F望远镜和物镜。远程聚焦臂由振镜扫描镜(GSM)和空气物镜(OBJ1)组成,另一个臂(称为照明臂)由浸没物镜(OBJ2)组成。两个臂对齐,使得GSM与两个物镜的后焦平面共轭。准直后的激光束经偏振分束器反射进入远程聚焦臂,由GSM进行扫描,使OBJ1产生的激光焦点可以进行水平扫描。融合光谱技术,多光子显微镜实现更丰富的生物组织信息获取。美国清醒动物多光子显微镜单分子成像定位

突破传统光学成像极限,多光子显微镜适应各种复杂环境。激光扫描多光子显微镜应用

对于双光子成像而言,离焦和近表面荧光激发是两个比较大的深度限制因素,而对于三光子(3P)成像这两个问题大大减小,但是三光子成像由于荧光团的吸收截面比2P要小得多,所以需要更高数量级的脉冲能量才能获得与2P激发的相同强度的荧光信号。功能性3P显微镜比结构性3P显微镜的要求更高,它需要更快速的扫描,以便及时采样神经元活动;需要更高的脉冲能量,以便在每个像素停留时间内收集足够的信号。复杂的行为通常涉及到大型的大脑神经网络,该网络既具有局部的连接又具有远程的连接。要想将神经元活动与行为联系起来,需要同时监控非常庞大且分布普遍的神经元的活动,大脑中的神经网络会在几十毫秒内处理传入的刺激,要想了解这种快速的神经元动力学,就需要MPM具备对神经元进行快速成像的能力。快速MPM方法可分为单束扫描技术和多束扫描技术。激光扫描多光子显微镜应用

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