美國嚙齒類多光子顯微鏡方案

隨著現代分子生物學技術的快速發展和科學技術的進步，特別是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，這為在體內研究基因表達、分子間相互作用、細胞增殖、細胞信號轉導、誘導分化、細胞凋亡和新生血管生成提供了良好的生物學條件。然而，盡管利用現有的分子生物學方法對基因表達與蛋白質的相互作用進行了深入細致的研究，但仍然無法實現對蛋白質和基因活性的實時動態監測。在細胞的生理過程中，基因尤其是蛋白質的表達、修飾和相互作用往往是可逆的、動態變化的。目前，分子生物學方法無法捕捉到蛋白質和基因的這些變化，但獲得這些信息對于研究基因表達與蛋白質的相互作用非常重要。因此，有必要發展一種動態、實時、連續監測蛋白質和基因活性的方法。顯微鏡簡史：從光到多光子顯微鏡。美國嚙齒類多光子顯微鏡方案

雙光子熒光顯微成像主要有以下優點:a.光損傷小:雙光子熒光顯微以可見光或近紅外光為激發光，對細胞和組織的光損傷小，適合長期研究；b.穿透力強:與紫外光、可見光或近紅外光相比，穿透力強，可用于生物樣品的深入研究；c.高分辨率:由于雙光子吸收截面很小P，熒光只能在焦平面很小的區域激發，雙光子吸收被限制在焦點λ左右的體積內；d.漂白區域很小，焦點外不發生漂白。E.高熒光收集率與共焦成像相比，雙光子成像不需要濾光片，提高了熒光收集率。采集效率的提高直接導致圖像對比度的提高。F.對探測光路要求低。由于激發光和發射熒光的波長差越來越大，加上自發三維濾波效應，多光子顯微鏡對光路采集系統的要求遠低于單光子共焦顯微鏡，光學系統也相對簡單。G.適用于多標簽復合測量許多染料熒光探針的多光子激發光譜比單光子激發光譜更寬，從而可以用單一波長的激發光同時激發多種染料，獲得同一生命現象的不同信息，便于相互比較和補充。進口多光子顯微鏡實驗操作多光子顯微鏡在臨床前評價IA形態、細胞外基質、細胞密度和血管形成等方面顯示出強大的作用。

對于雙光子成像而言，離焦和近表面熒光激發是兩個比較大的深度限制因素，而對于三光子（3P）成像這兩個問題大大減小，但是三光子成像由于熒光團的吸收截面比2P要小得多，所以需要更高數量級的脈沖能量才能獲得與2P激發的相同強度的熒光信號。功能性3P顯微鏡比結構性3P顯微鏡的要求更高，它需要更快速的掃描，以便及時采樣神經元活動；需要更高的脈沖能量，以便在每個像素停留時間內收集足夠的信號。復雜的行為通常涉及到大型的大腦神經網絡，該網絡既具有局部的連接又具有遠程的連接。要想將神經元活動與行為聯系起來，需要同時監控非常龐大且分布普遍的神經元的活動，大腦中的神經網絡會在幾十毫秒內處理傳入的刺激，要想了解這種快速的神經元動力學，就需要MPM具備對神經元進行快速成像的能力。快速MPM方法可分為單束掃描技術和多束掃描技術。

Ca2+是一種重要的第二信使，在調節細胞生理反應中起著重要作用。發展和利用雙光子熒光顯微成像技術觀測Ca2+熒光信號，可以從某些方面分析生物體或細胞的變化機制，具有重要意義。利用雙光子熒光顯微成像技術，我們可以觀察到細胞內熒光探針標記的Ca2*的時間和空間熒光圖像的變化，也可以觀察到一定水平或部分細胞內(Ca2+)的熒光圖像和變化。通過對單個細胞的研究發現，Ca2+的分布不僅在細胞的局部區域之間是不均勻的，而且在細胞內不同深度或層次的局部區域之間也存在不同程度的Ca2+梯度，稱為空間Ca2+梯度。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。

繼首代小型化雙光子顯微鏡在國際上獲得小鼠自由行為過程中大腦神經元和突觸的動態圖像后，我們成功研制了第二代小型化雙光子顯微鏡。它具有更大的成像視野和三維成像能力，可以清晰穩定地對自由活動小鼠三維腦區的數千個神經元進行成像，實現對同一批神經元的一個月追蹤記錄。通過對微光學系統的重新設計系統的。微物鏡工作距離延長至1mm，實現無創成像。內嵌可拆卸的快速軸向掃描模塊，可采集深度180微米的3D體成像和多平面快速切換的實時成像。該掃描模塊由一個快速的電動變焦透鏡和一對中繼透鏡組成，在不同深度成像時可保持放大倍率恒定。其變焦模塊重量，研究人員可根據實驗需求自由拆卸。此外，新版微型化成像探頭可整體即時拔插，極大地簡化了實驗操作，避免了長周期實驗時對動物的干擾。在重復裝卸探頭同一批神經元時，視場旋轉角小于，邊界偏差小于35微米。未來國產多光子激光掃描顯微鏡替代空間大。美國嚙齒類多光子顯微鏡方案

從雙光子到三光子甚至四光子，這種非線性成像技術通常也被統稱為多光子顯微鏡。美國嚙齒類多光子顯微鏡方案

    對于雙光子（2P）成像而言，離焦和近表面熒光激發是兩個比較大的深度限制因素，而對于三光子（3P）成像這兩個問題大大減小，但是三光子成像由于熒光團的吸收截面比2P要小得多，所以需要更高數量級的脈沖能量才能獲得與2P激發的相同強度的熒光信號。功能性3P顯微鏡比結構性3P顯微鏡的要求更高，它需要更快速的掃描，以便及時采樣神經元活動；需要更高的脈沖能量，以便在每個像素停留時間內收集足夠的信號。復雜的行為通常涉及到大型的大腦神經網絡，該網絡既具有局部的連接又具有遠程的連接。要想將神經元活動與行為聯系起來，需要同時監控非常龐大且分布普遍的神經元的活動，大腦中的神經網絡會在幾十毫秒內處理傳入的刺激，要想了解這種快速的神經元動力學，就需要MPM具備對神經元進行快速成像的能力。快速MPM方法可分為單束掃描技術和多束掃描技術。 美國嚙齒類多光子顯微鏡方案

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