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。多光子成像是一种非线性的过程,信号产生要求功率密度达到MW/cm2的量级。灵长类多光子显微镜数据处理
对于双光子(2P)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实验多光子显微镜适用于动物大脑皮层深层(400微米)细胞的形态、生理学研究。
多光子激光扫描显微镜行业发展,世界多光子激光扫描显微镜产业主要布局在德国和日本,德国是以徕卡显微系统和蔡司为,而日本以尼康和奥林巴斯公司为,2020年,上述企业占据着世界多光子激光扫描显微镜市场64.44%的市场份额,其发展战略左右着多光子激光扫描显微镜市场的走向。目前世界市场对多光子激光扫描显微镜的需求在增长,中国市场这方面的需求增长更快,未来五年多光子激光扫描显微镜市场的发展在中国将具有很大的发展潜力。
多光子激光扫描显微镜的产业发展,世界多光子激光扫描显微镜产业主要分布在德国和日本,德国以徕卡显微系统和蔡司为基础,日本以尼康和奥林巴斯为基础。2020年以来,这些企业占据了全球多光子激光扫描显微镜市场的64.44%,它们的发展策略影响着多光子激光扫描显微镜市场的走向。目前,世界市场对多光子激光扫描显微镜的需求正在增长,中国市场的需求增长更快。未来五年多光子激光扫描显微镜市场的发展在中国将仍有巨大的发展潜力。多光子激光扫描显微镜采用波长较长的红外激光,能量脉冲式激发,红外光比可见光在生物组织中的穿透力更强。
国内显微镜制造市场目前断层严重。目前我国显微镜行业发展缺乏技术沉淀,20年以上经营积累的企业十分稀缺,深度精密制造、光学主要部件设计及工艺严重制约产业升级。目前中国显微镜中如多光子显微镜、共聚焦扫描和电子显微镜等主要集中在徕卡显微系统、蔡司、尼康、奥林巴斯等国外企业。国内具备生产显微镜能力的企业屈指可数,若国内显微镜企业能打破技术壁垒,切入显微镜市场,企业的生产经营将腾跃至一个更高的格局。未来国产多光子激光扫描显微镜替代空间大。目前中国使用的多光子激光扫描显微镜几乎被徕卡显微系统、蔡司、尼康和奥林巴斯垄断。国内有能力开始生产多光子激光扫描显微镜的企业极少,若国内能够制造出高性能、高可靠性的多光子激光扫描显微镜,无异是会面临极大的市场机遇。多光子显微镜涉及医学、生物学、化学、物理学、电子学、工程学等学科,生产工艺相对复杂,进入门槛较高。进口多光子显微镜系统
中国市场多光子显微镜产量、消费量、进出口分析及未来趋势。灵长类多光子显微镜数据处理
要想实现离散的轴向重新聚焦,需要在OBJ1的焦平面中放置一个阶梯镜(图3b)。当入射激光束被OBJ1聚焦到的焦平面恰好与阶梯重合时,被反射的激光将在无穷大的空间中成为准直光束,并在OBJ2的焦平面上形成激光光斑。并且返回的激光束会被GSM消除横向扫描,即OBJ2形成的焦点不会进行横向扫描,实现轴向扫描。如果激光点被扫描到与焦平面不一致的阶梯,则会形成远离镜面的激光焦点,返回的激光束会在无穷大的空间中会聚或发散,进而导致由OBJ2形成的激光焦点也在轴向重新聚焦,通过这种方式即能实现离散的轴向扫描。对于已精确匹配两个物镜光瞳的光学装置,不会引入像差。为了进行连续的轴向重新聚焦,将阶梯镜替换为稍微倾斜的平面镜,同时入射的激光焦点也需要被倾斜,使得其以垂直于镜面的方向入射,通过相对入射激光束稍微平移OBJ1即可实现这种倾斜。灵长类多光子显微镜数据处理
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