Nature Photonics:多光子顯微鏡

正文

引言：

多光子顯微鏡（Multiphoton microscopy,MPM）被認為(wei) 是活體(ti) 、完整生物組織成像的手段之一，其成像尺度從(cong) 分子級別到整個(ge) 有機體(ti) 。在2010年左右的時間段，被認為(wei) 是侵入和光損傷(shang) 最小的成像手段，因此適合長時間活體(ti) 組織成像，時間尺度從(cong) 微秒至數天或數周。可以觀測到固有的詳細動態生物過程。多光子顯微鏡相比其它類似光學成像技術，之所以有此優(you) 勢，是因為(wei) 它直接使用近紅外飛秒激光生成可見光區域的可觀測的非線性信號。近紅外光相比可見光，具有更大的組織穿透深度（生物組織光散射的減少，正比於(yu) 激發波長的四次方）。

原理簡介：

（1）當同時到達樣品上的兩(liang) 個(ge) 或更多的光子的能量之和滿足熒光基團從(cong) 基態躍遷到激發態的能量要求時，多光子激發發生。熒光信號可以是進入生物樣品的外源探針（Hpechst,AlexaFluor488等），也可以是內(nei) 源分子（NAD(P)H或逆轉錄熒光蛋白）。

（2）多光子成像對二次諧波（second harmonic generation, SHG）生成敏感，即兩個光子瞬間將它們的能量轉移到一個波長減半的光子上。二次諧波生成不需要熒光基團，但要求分子結構是高度有序和特別對稱的。最常見的滿足二次諧波生成的生物結構是膠原。

（3）多光子成像是一種非線性的過程，信號產(chan) 生要求功率密度達到MW/cm2的量級。如此量級隻有在顯微物鏡的焦平麵才可以達到，因而將可以觀測的信號限製在了焦平麵。這帶來的一個(ge) 好處是，焦平麵上下的光損傷(shang) 會(hui) 大大減小。飛秒激光有足夠高的峰值功率，並維持一個(ge) 低的平均功率水平，可以減小生物樣品的光損傷(shang) 。產(chan) 生雙光子激發熒光和二次諧波生成等非線性過程信號的強度正比於(yu) 激光的強度

DOI：https://doi.org/10.1038/nphoton.an.2010.2

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