創(chuàng)新先鋒 | 一代傳奇——蔡司雙光子超高分辨率顯微鏡
一代傳奇
賭場上想贏,就要擁有一雙能夠透視的眼睛；
情場上想贏,就要透過外表看穿他/她的心；
科研中的你是否也想擁有超能力季惯，看穿一切？
助力您的科研臀突，讓您擁有超能力勉抓！
且聽蔡司君給您道來這款神器的威力吧！
一切始于一位偉大女科學(xué)家的驚人猜想
既然熒光分子可以吸收短波長的單光子候学，那么是否也可吸收兩個連續(xù)發(fā)射長波長的光子呢藕筋？
1931年
一位年輕女科學(xué)家Maria Goeppert Mayer提出了這個問題（1963年獲得諾貝爾物理學(xué)獎）；
1961年
Wolfgang Kaiser等人首次觀察到雙光子的激發(fā)現(xiàn)象呕摹；
1990年
Winfried Denk將雙光子激發(fā)與激光掃描相結(jié)合蒂抒，真正實(shí)現(xiàn)了雙光子顯微鏡；對于生物領(lǐng)域的研究尤其是神經(jīng)生物學(xué)的研究有著深遠(yuǎn)的意義二搀。
神奇的雙光子
激光共聚焦顯微鏡也稱之為單光子顯微鏡先兆，基本原理：一個短波長的光子激發(fā)分子躍遷到激發(fā)態(tài)，分子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時釋放熒光能量——熒光诸恤。
雙光子顯微鏡：在長波長（690-1300nm）激發(fā)下爵例，分子通過幾乎同時（10-18s）吸收兩個光子躍遷至激發(fā)態(tài)，分子從激發(fā)態(tài)躍遷至基態(tài)時釋放熒光分子微惦。
但是豌淹，要實(shí)現(xiàn)雙光子的激發(fā)需要一個特殊的神器--可調(diào)諧鎖模鈦藍(lán)寶石紅外飛秒脈沖激光器。該激光器可發(fā)射時間間隔非常短的高密度光子婶耕，實(shí)現(xiàn)兩個光子激發(fā)措坐；并且脈沖特性可以減少光毒性，在成像同時還可保持生物活性赖厅。
雙光子顯微鏡的誕生解決了活體成像需求拣播，穿透厚樣品看到內(nèi)部的細(xì)節(jié)，如同我們有了可以透視的雙眼收擦，洞悉生物體中的瞬息萬變诫尽。
快問快答：
Q：活體觀察又可以看到什么有趣的現(xiàn)象呢？
我們可以在活體下炬守，探索哪些神經(jīng)元可以響應(yīng)決策牧嫉，哪些神經(jīng)元響應(yīng)聲音、視覺信息的整合减途，哪些神經(jīng)元負(fù)責(zé)了學(xué)習(xí)記憶等酣藻。不止如此，還可以在活體狀態(tài)觀察血管流動鳍置，探索哪些細(xì)胞可以負(fù)責(zé)造血辽剧，血液中的細(xì)胞在炎癥發(fā)生時如何響應(yīng)等送淆。
應(yīng)用實(shí)例-小鼠腦活體成像：
▲小鼠運(yùn)動區(qū)神經(jīng)元, GCaMP3標(biāo)記；20x 1.0 W Plan-Apo怕轿；Dr. Wake , NIPS, Matsuzaki Lab
新的挑戰(zhàn)
但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及科研的深入偷崩，雙光子顯微鏡已不能簡單的滿足科學(xué)家的需求，由于雙光子的波長較長撞羽，其分辨率欣挠、圖像的對比度相比于單光子較差，圖像的采集速度也不能滿足高時間分辨率的研究者的需求蚀攘。
Don’t Worry怕枣！ 蔡司懂得您的煩惱，來自蔡司的雙光子超高分辨率顯微鏡便可解決該問題嘴略。
▲蔡司的雙光子超高分辨率顯微鏡雙光子超高分辨率顯微鏡
雙光子超高分辨率顯微鏡將雙光子技術(shù)與Airyscan超高分辨率技術(shù)完美結(jié)合庸既，實(shí)現(xiàn)了雙光子的超高分辨率、高信噪比卑蚓、高采集速度技熊。
▲Airyscan
▲Mutiplex 模式
Airyscan檢測器是由32個小的檢測單元組成的蜂巢狀結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)高分辨高信噪比径泉，同時Airyscan技術(shù)的Mutiplex的模式锤距，可大幅度提升采集速度，在512X512像素采集時可達(dá)到47.5fps檩讯。
1、Airyscan-高分辨率
Airyscan SR采集模式菌劲，可以實(shí)現(xiàn)120nm的分辨率及最大信噪比優(yōu)化干跛。
2、Airyscan-高采集速度
Airyscan 可進(jìn)行多達(dá)8倍并行數(shù)據(jù)處理祟绊，同時獲得超高分辨楼入、最優(yōu)化的信噪比、最大采集速度47.5fps（512X512像素）牧抽。
3嘉熊、Airyscan-高信噪比
▲蟋蟀胚胎 @ 900nm Excitation；Airyscan Two Photon Excitation扬舒；GFP-Phalloidin阐肤；Sample courtesy of S. Donoughe Harvard University
▲GaAsP NDD ▲Airyscan
從圖中可以看到Airyscan 可以實(shí)現(xiàn)更高的分辨率、更高的信噪比讲坎，捕捉更多樣品細(xì)節(jié)孕惜。
應(yīng)用實(shí)例——斑馬魚鈣離子：
雙光子超高分辨率顯微鏡可以實(shí)現(xiàn)雙光子高分辨率高信噪比高采集速度，更加真實(shí)還原生物體的響應(yīng)晨炕。
▲斑馬魚 GCaMP5標(biāo)記 @ 920 nm Excitation衫画，可以看到隨著時間鈣信號的快速變化毫炉；40X 1.0 W Plan Apochromat；Sample Courtesy of Drew Friedmann, University of California Berkeley
擴(kuò)展應(yīng)用
雙光子超高分辨率顯微鏡可不光能看到活體鈣離子的變化树季，不然怎能配得上一代傳奇稱號呢垄套？
1、透明化樣品成像
雙光子超高分辨率顯微鏡還可對透明化的組織進(jìn)行成像令叉。
▲YFP標(biāo)記透明化小鼠腦 @ 920 nm Excitation沦浆，成像深度達(dá)到5.6mm。20x Scale lens见撵；Sample and data set: Hiroshi Hama, Fumiyoshi Ishidate, Atsushi Miyawaki, RIKEN BSI, Wako, Japan
2启孔、二次/三次諧波成像
▲小鼠提睪肌薪尉；綠色：橫紋肌二次諧波信號键羡；紅色：神經(jīng)髓鞘三次諧波信號；S. Dietzel, LMU München, Germany
二次/三次諧波即利用特定波長激發(fā)無染色的特殊樣品凡加，獲得激發(fā)光1/2或1/3波長的發(fā)射光慰奉。
總結(jié)
縱觀整個顯微鏡的發(fā)展史，無不都是圍繞三個大目標(biāo)前行：高分辨率氧胳；活體证森；高對比度。雙光子超高辨率顯微鏡將雙光子與Airyscan超高分辨率技術(shù)結(jié)合伴鳖，在提升成像深度节值，降低光漂白同時，提高圖像分辨率榜聂、信噪比和成像速度搞疗，該系統(tǒng)尤其適合活體深度高分辨率成像。
蔡司君愿給您一雙雙光子超高分辨率的眼睛须肆，帶您尋找科研的樂趣匿乃，為您的科研保駕護(hù)航。祝愿您早日可成為科學(xué)界的一代傳奇豌汇，為科研事業(yè)貢獻(xiàn)自己的一份力量幢炸。
明辨未來，未來可期拒贱。
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（顏潤川 蔡司顯微鏡）
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