什么是多光子激光掃描顯微鏡？

多光子激光掃描顯微鏡（Multiphoton Laser Scanning Microscopy，簡(jiǎn)稱MPLSM）是一種先進(jìn)的光學(xué)顯微技術(shù)，它利用兩個(gè)或多個(gè)光子同時(shí)被樣品吸收的非線性光學(xué)過程來激發(fā)熒光，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生物樣品深層結(jié)構(gòu)的高分辨率成像。與傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡相比，多光子顯微鏡具有更深的穿透力、更少的光毒性以及更高的空間分辨率等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于活體細(xì)胞和組織的長時(shí)間觀察。

原理

多光子顯微鏡的核心原理是多光子吸收。在傳統(tǒng)的單光子激發(fā)中，一個(gè)高能量的光子被熒光分子吸收，激發(fā)熒光。而在多光子吸收中，兩個(gè)或多個(gè)低能量的光子幾乎同時(shí)被同一個(gè)熒光分子吸收，其總能量相當(dāng)于一個(gè)高能量光子的能量，從而激發(fā)熒光。這一過程通常發(fā)生在激光聚焦點(diǎn)處，因此具有很高的空間選擇性。

關(guān)鍵組件

多光子顯微鏡的關(guān)鍵組件包括：

激光器：通常使用飛秒脈沖激光器，因?yàn)槠涠堂}沖寬度可以提供高能量密度，有利于多光子吸收過程。

掃描系統(tǒng)：包括掃描鏡和光路系統(tǒng)，用于控制激光束在樣品上的掃描路徑。

探測(cè)器：用于收集樣品發(fā)出的熒光信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，最后形成圖像。

光學(xué)元件：如物鏡、分光器等，用于聚焦激光和收集熒光。

優(yōu)勢(shì)

多光子顯微鏡相較于其他顯微技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)：

深層成像能力：由于使用的是紅外光，其散射和吸收較小，因此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品較深層結(jié)構(gòu)的成像。

減少光毒性：由于激發(fā)僅限于激光聚焦點(diǎn)，減少了對(duì)樣品的光損傷和光毒性，適合長時(shí)間觀察活體細(xì)胞。

提高分辨率：多光子激發(fā)的熒光僅在焦點(diǎn)處產(chǎn)生，因此具有天然的光學(xué)切片能力，可以實(shí)現(xiàn)三維成像。

減少背景信號(hào)：由于激發(fā)僅限于焦點(diǎn)處，因此背景信號(hào)較低，提高了圖像的對(duì)比度。

應(yīng)用

多光子顯微鏡在生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用：

神經(jīng)科學(xué)：用于觀察活體大腦中的神經(jīng)元活動(dòng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

腫瘤學(xué)：研究腫瘤微環(huán)境和血管新生。

發(fā)育生物學(xué)：觀察胚胎發(fā)育過程中的細(xì)胞動(dòng)態(tài)。

免疫學(xué)：研究免疫細(xì)胞在組織中的行為。

結(jié)論

多光子激光掃描顯微鏡是一種強(qiáng)大的成像工具，它通過多光子吸收原理，克服了傳統(tǒng)顯微鏡的局限性，為生物醫(yī)學(xué)研究提供了新的視角。其在深層成像、減少光毒性、提高分辨率等方面的優(yōu)勢(shì)，使其成為研究活體組織和細(xì)胞的技術(shù)之一。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和優(yōu)化，多光子顯微鏡將在未來的科學(xué)研究中發(fā)揮更加重要的作用。