雙光子顯微鏡是一種先進的成像技術(shù)，可以在保持細胞活性的情況下，對深層組織進行高分辨率成像。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，它會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連續(xù)的光子同時激發(fā)樣品，這樣可以在保持樣品完整性的同時，獲得高質(zhì)量的圖像。雙光子顯微鏡具有以下優(yōu)點：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)顯微鏡無法對深層組織進行成像。而雙光子顯微鏡可以解決這個問題，因為它可以激發(fā)樣品的深層熒光。3.活細胞成像：雙光子顯微鏡可以在保持細胞活性的情況下進行成像，這對于研究細胞生理學(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)活動成像等，以提供更豐富的生物樣品信息。總之，雙光子顯微鏡是一種強大的研究工具，可以對深層組織和活細胞進行無損成像。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。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。國內(nèi)bruker雙光子顯微鏡光損傷

有了雙光子激發(fā)技術(shù)，激光共聚掃描顯微鏡可以發(fā)揮更好的作用。那么，什么是雙光子激發(fā)技術(shù)呢？在光子密度較高的情況下，熒光分子可以同時吸收兩個波長較長的光子，使電子躍遷到更高的能級。短時間后，電子跳回到較低的能級，發(fā)出波長為長波長一半的光子(P=h/λ)。利用這個原理，雙光子激發(fā)技術(shù)誕生了。雙光子顯微鏡使用長波長脈沖激光通過物鏡會聚。由于雙光子激發(fā)需要很高的光子密度，物鏡焦點處的光子密度比較高，所以雙光子激發(fā)只能發(fā)生在焦點處產(chǎn)生熒光，該點產(chǎn)生的熒光穿過物鏡，被光學(xué)探頭接收，從而達到逐點掃描的效果。美國激光雙光子顯微鏡磷光壽命計數(shù)雙光子顯微鏡是新型的熒光顯微鏡，其原理大致是這樣的；

生物樣品的三維觀察是了解細胞功能的重要方法之一。目前已有的三維熒光成像技術(shù)有光學(xué)顯微鏡、點陣照明和激光掃描顯微鏡(如共焦顯微鏡和雙光子顯微鏡)。其中，激光掃描顯微鏡利用轉(zhuǎn)盤可以進行多焦點激光掃描，提高了時間分辨率，有利于減少活細胞成像中的光損傷。本文主要實現(xiàn)可見光雙光子激發(fā)和多焦點激光掃描的結(jié)合，**終提高三維延遲掃描中的空間分辨率和成像對比度，這也是可見光雙光子激發(fā)(v2PE)在超高分辨率顯微鏡中的應(yīng)用。

與普通顯微鏡相比，電子顯微鏡可以在更小的尺度上觀察事物，冷凍電子顯微鏡可以觀察活性生物大分子。雙光子顯微鏡有什么優(yōu)勢？它能做普通光學(xué)顯微鏡做不到的事情嗎？原來雙光子顯微鏡可以準確穿透厚標本進行定點和***觀察！因為電磁波的波長越短，粒子越強，散射的影響越大。雙光子顯微鏡將激發(fā)光源改為長波長激光，增加了激光的穿透力，同時降低了對細胞的毒性。此外，由于雙光子激發(fā)效應(yīng)只能發(fā)生在物鏡的焦點處，因此掃描精度極高，還可以提高激發(fā)光效率，減少掃描點以外的熒光物質(zhì)的消耗。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。

雙光子之源：飛秒激光：雙光子吸收理論早在1931年就由諾獎得主MariaGoeppertMayer提出，30年后因為有了激光才得到實驗驗證，但是到WinfriedDenk發(fā)明雙光子顯微鏡又用了將近30年。要理解雙光子的技術(shù)挑戰(zhàn)和飛秒激光發(fā)揮的重要作用，首先要了解其中的非線性過程。雙光子吸收相當(dāng)于和頻產(chǎn)生非線性過程，這要求極高的電場強度，而電場取決于聚焦光斑大小和激光脈寬。聚焦光斑越小，脈寬越窄，雙光子吸收效率越高。對于衍射極限顯微鏡，聚焦在樣品上的光斑大小只和物鏡NA和激光波長有關(guān)，所以關(guān)鍵變量只剩下激光脈寬。基于以上分析，能夠以高重頻(100MHz)輸出超短脈沖(100fs量級)的飛秒激光器成了雙光子顯微鏡的標準激發(fā)光源。這也再次說明雙光子顯微鏡的優(yōu)勢：只有焦平面處才能形成雙光子吸收，而焦平面之外由于光強低無法被激發(fā)，所以雙光子成像更清晰。WinfriedDenk初使用的光源是染料飛秒激光器(100fs脈寬、630nm可見光波長)。雖然染料激光器對于實驗室演示尚可，但是使用很不方便所以遠未實現(xiàn)商用。很快雙光子顯微鏡的標配光源就變成了飛秒鈦寶石激光器。除了固態(tài)光源優(yōu)勢，鈦寶石激光器還具有較寬的近紅外波長調(diào)諧范圍，而近紅外相比可見光穿透更深，對生物樣品損傷更小。雙光子顯微鏡角膜成像。美國雙光子顯微鏡ultimainvestigator

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。國內(nèi)bruker雙光子顯微鏡光損傷

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)中診斷等提供新的影像手段和分析方法。國內(nèi)bruker雙光子顯微鏡光損傷