其实电子显微镜相比光学显微镜的重要优势或意义不在于放大倍数,而在于超高的分辨率。这两者是不同的。一般来说,观察时,除了放大物体外,还需要将其与其他相邻物体区分开来。如果两个相邻粒子的图像在光学显微镜下,即使放大很大程度,也可能看到两个相交的亮点(艾里斑),没有明显的边界(更不用说细节了),说明分辨率不够。没有分辨率谈放大是没有意义的。光学显微镜的分辨率极限是阿贝极限,大约是光波波长的一半。通常称之为光学显微镜的放大极限,但准确的说应该叫分辨率极限。原因是光的衍射,根本原因是光的波粒二象性。电子衍射实验证明了电子的波动性,所以在电子显微镜中用电子代替光是可能的。电子显微镜也有很多种,被摄体像REM。也有根据衍射规律观察的电子显微镜,如低能电子衍射(LEED)和透射电子显微镜(TEM)。两者主要用于观察晶体,根据晶体的周期特性在倒易空间产生衍射像,借助埃尔沃德球或傅里叶变换将其变换到实空间,即可得到真实的晶体表面像。双光子显微镜已延伸到各个领域研究中,它能对样品进行三维观察。国外双光子显微镜授权商
系统示意图如图1所示,红外激光束从蓝宝石激光器出射后,由一个光学参量振荡器(OPO)转化到可见光波段,产生的可见光脉冲宽度为200fs,重复频率80MHz,波长在490-750nm范围内可调谐。光束通过透镜及平面镜中继到包含微透镜阵列盘和阵列盘的共聚焦扫描单元中,形成用于荧光激发的多焦点光束。多焦点光束通过一个硅油浸润的物镜成像到样品上,激发荧光信号。荧光信号由同一个物镜收集并传输到阵列圆盘,产生共焦效应,隔离来自焦平面外的杂散光。国外双光子显微镜授权商双光子显微镜中,同样每个时刻只有焦平面上一个点的信号被探测,并且连焦平面外的荧光信号也不会有。
双光子荧光显微镜是结合了激光扫描共聚焦显微镜和双光子激发技术的一种新技术。双光子激发的基本原理是:在高光子密度的情况下,荧光分子可以同时吸收2个长波长的光子,在经过一个很短的所谓激发态寿命的时间后,发射出一个波长较短的光子;其效果和使用一个波长为长波长一半的光子去激发荧光分子是相同的。双(多)光子成像优势在于,具有更深的组织穿透深度,利用红外光,能够在层面检测极限达1mm的组织区域;因信号背景比高,而具有更高的对比度;因激发体积小,具有定点激发的特性,具有更少的光毒性;激发波长由紫外、可见光调整为红外激发,使其能够更加安全。
从双光子到三光子:科学家正在从双光子转向三光子显微镜。1996年,ChrisXu在康奈尔大学(Denk同导师实验室)读博期间发明了三光子显微镜,如果双光子吸收可行,那么三光子看起来也是自然的发展方向。三光子成像使用更长的波长,大约在1.3和1.7微米,其成像深度也比双光子更深,目前记录约为2.2毫米,人类大脑皮层厚约4毫米。相比双光子显微镜,三光子还要求以较低重频使用更强和更短的激光脉冲,而传统的钛宝石激光器难以达到这些要求,但是对于掺镱光纤飞秒光参量放大器则非常容易,比如我们的Y-Fi光参量放大器(OPA)。双光子显微镜可以用于局部微蚀镭射磨皮后的胶原重塑的检测。
在该自适应光学双光子荧光显微镜中,她们将空间光位相调制器光学共轭到显微物镜的后焦平面,通过位相调制器将入射光分成若干子区域,每一块子区域的波前都可以被控制。同时,她们用数字微阵列光处理器,以不同的频率同时调制其中一半子区域的入射光强度,以另一半子区域作为“参考波前”。来自所有子区域光束会在焦点处会聚干涉,通过监测焦点激发的双光子信号随时间的变化情况,并进行傅里叶变换分析,可以“分解”得到被调制的每一块子区域的“光线”的贡献信息,从而可以实现对一半子区域波前的并行测量。对另一半子区域重复这一测量过程,从而获得整个入射波前的信息并进行校正。该方法耗时很短,通常约1~3分钟左右即可完成像差的测量和校正,无需复杂的计算,适用于任何标记密度和标记类型的样品。更重要的是,得到的像差校正图案可以用于提高较大视场范围内的成像质量。该方法无疑为在体研究小鼠大脑皮层深层区域的生物、医学问题提供了可行性方案。在深度组织中以较长时间对细胞成像,双光子显微镜是当前之选。美国荧光双光子显微镜应用
双光子显微镜不需要共聚焦细孔,提高了荧光检测效率。国外双光子显微镜授权商
生物样品的三维观察是了解细胞功能的重要方法之一。目前已有的三维荧光成像技术有光学显微镜、点阵照明和激光扫描显微镜(如共焦显微镜和双光子显微镜)。其中,激光扫描显微镜利用转盘可以进行多焦点激光扫描,提高了时间分辨率,有利于减少活细胞成像中的光损伤。本文主要实现可见光双光子激发和多焦点激光扫描的结合,**终提高三维延迟扫描中的空间分辨率和成像对比度,这也是可见光双光子激发(v2PE)在超高分辨率显微镜中的应用。国外双光子显微镜授权商