内容发布更新时间 : 2024/4/30 16:11:18星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

双光子显微镜技术

作者：细胞生物组 刘洋 完整ppt请见附件

双光子显微镜问世于上世纪90年代，是结合了激光共聚焦显微镜和双光子激发技术的产物。目前，双光子显微术以其大穿深、低光毒性、低光漂白等优点而被广泛应用于活体和活细胞/组织的成像观察。本报告将对双光子显微镜发明的背景、实现方式、技术特点、应用领域及发展趋势进行简要介绍。

一、 双光子显微镜发明的背景

光学显微镜的发展历史是一段不断提高分辨率的历史。在传统宽场（Widefield

microscope, WF）光学显微镜中，来自标本不同纵深的光线都可以投射到同一焦平面上（视网膜或感光元件在此），导致被接收的光线90%是来自焦平面外的杂散光，因此宽场显微镜的成像是整个标本的重叠像，没有纵向分辨能力。对标本内部细节的表现很差，严重影响了分辨率。

为了消除杂散光的干扰，Malvin Minsky于1957年提出了一种利用狭小针孔（Pinhole）滤除焦平面外杂散光的设想，并由G. J. Brakenhoff于1978年借助激光最终实现，这就是激光共聚焦显微镜（Laser scanning confocal microscope, confocal）。

与宽场显微镜不同的是，激光共聚焦显微镜在成像侧的焦点位置设置了一个针孔，只允许来自另一个焦点的荧光通过，而来自其他焦平面的杂散光则被屏蔽。通过焦点的荧光被感光元件（光电倍增管、CCD或CMOS）接收，形成一个点的荧光强度信号。为了解决二维成像问题，激发光通过一组高速摆动的振镜，在标本上进行X-Y方向扫描，来自扫描区域内各点的信号最后通过计算机重新合成为一张图片。

由于有效滤除了杂散光，激光共聚焦显微镜的分辨率相比宽场显微镜有了本质上的提高（横向200nm，纵向400nm），拥有了对样本的特定焦平面进行精细成像的能力（称为光学切片或“细胞CT”），解决了标本内部细节的问题。在此基础上，激光共聚焦显微镜能够结合多种其它参数，得到重建后的三维图像（XYZ模式）、动态图（XYt模式）或光谱图（XYλ）等数据，以供后续的形态学、动力学等定量分析。 然而，针孔在滤除杂散光的同时也滤除了大部分焦平面荧光，仅有很弱的荧光到达检测器。若要提高信号强度，势必要加大激发光功率，容易增加对活细胞的光毒性和荧光分子的光漂白。因此，激光共聚焦显微镜在活细胞/组织成像上的应用受到了一定局限。此外，激发光在穿透标本的过程中会被标本大量散射，以及因激发沿途荧光而损耗，所以对300um以上厚标本的深部成像并不理想，限制了激光共聚焦在厚样本成像上的应用。