雙光子激發顯微鏡
雙光子激發顯微鏡（英語：Two-photon excitation microscopy）是一種螢光成像技術，可以對活體組織進行深度約1毫米的成像。 它不同於傳統的螢光顯微鏡，其中激發波長短於發射波長，因為兩個激發光子的波長長於所得發射光的波長。 雙光子激發顯微術通常使用近紅外激發光，其也可以激發螢光染料。 然而，對於每次激發，兩個光子的紅外光被吸收。 使用紅外線可最大限度地減少組織中的散射。 由於多光子吸收，背景信號被強烈抑制。 這兩種效果都會導致這些顯微鏡的穿透深度增加。 由於其更深的組織穿透，有效的光檢測和減少的光漂白，雙光子激發可以是共聚焦顯微鏡的優越替代品[1][2]。
藉助於強聚焦雷射束，產生非線性光學效應，其基於同時到達一個分子中的若干光子（光粒子）的相互作用。 因此，所產生的信號的強度不會隨著照射光子的數量而線性增加，而是與平方率（對於雙光子效應）或立方率（對於三光子效應）一致。
多光子顯微鏡的操作類似於共聚焦雷射掃描顯微鏡的操作。 然而，雖然共聚焦雷射掃描顯微具有50-80 μm的穿透深度，取決於製劑，可以與多光子顯微鏡一起使用更深的區域，例如，200 μm，在非常有利的情況下甚至可達到1000 μm（= 1 mm）[3]。 活體組織的這一圖像可能是用其它方法無法成像。
概念
雙光子激發採用雙光子吸收，這一概念首先由瑪麗亞·格佩特-梅耶（1906-1972年）在1931年的博士論文中描述[4]，並且首次在1961年被Wolfgang凱撒（Wolfgang Kaiser (physicist)）使用雷射激發在CaF2：Eu2 +晶體中觀察到[5]。 艾薩克·阿貝拉（Isaac Abella）於1962年在銫蒸氣中表明，雙光子激發單個原子是可能的[6]。
雙光子激發螢光顯微鏡與共聚焦雷射掃描顯微鏡具有相似性。
開發
雙光子顯微鏡由溫弗里德·登克(Winfried Denk)和James Strickler於1990年在康奈爾大學的瓦·韋伯(Watt W. Webb)實驗室開創並獲得專利。他們將雙光子吸收的概念與使用雷射掃描儀相結合[7][8]。在雙光子激發顯微鏡中，紅外雷射束通過物鏡聚焦。 通常使用的鈦-藍寶石激發雷射具有大約100飛秒的脈衝寬度和大約80MHz的重複率，允許兩個光子吸收所需的高光子密度和通量，並且可以在寬波長範圍內調節。 具有325fs脈衝的鎖模的Yb摻雜光纖雷射器也已用於膠原成像，證明膠原蛋白的穿透深度超過320μm，這相當於當耦合到傳統鈦-藍寶石激發雷射時可實現的250-300 μm的深度 。
參閱
參考資料
- ^ Denk W.; Strickler J.; Webb W. Two-photon laser scanning fluorescence microscopy. Science. 1990, 248 (4951): 73–6. Bibcode:1990Sci...248...73D. PMID 2321027. doi:10.1126/science.2321027.
- ^ Juan Carlos Stockert, Alfonso Blázquez-Castro. Chapter 19 Non-Linear Optics. Fluorescence Microscopy in Life Sciences. Bentham Science Publishers. 2017: 642–686 [24 December 2017]. ISBN 978-1-68108-519-7. （原始內容存檔於2019-05-14）.
- ^ Patrick Theer, Mazahir T. Hasan, Winfried Denk, [Abstract Two-photon imaging to a depth of 1000 µm in living brains by use of a Ti:Al2O3 regenerative amplifier], Optics Letters, 28 (12): pp. 1022–1024 （德文）
- ^ Goeppert-Mayer M. Über Elementarakte mit zwei Quantensprüngen. Annals of Physics. 1931, 9 (3): 273–95. Bibcode:1931AnP...401..273G. doi:10.1002/andp.19314010303.
- ^ Kaiser, W.; Garrett, C. Two-Photon Excitation in CaF2:Eu2+. Physical Review Letters. September 1961, 7 (6): 229–231. Bibcode:1961PhRvL...7..229K. doi:10.1103/PhysRevLett.7.229.
- ^ Abella, I. D. Optical Double-Photon Absorption in Cesium Vapor. Physical Review Letters. December 1962, 9 (11): 453–455. Bibcode:1962PhRvL...9..453A. doi:10.1103/PhysRevLett.9.453.
- ^ Denk W.; Strickler J.H.; Webb W.W. Two-photon laser scanning fluorescence microscopy. Science. 1990, 248 (4951): 73–76. Bibcode:1990Sci...248...73D. PMID 2321027. doi:10.1126/science.2321027.
- ^ US 5034613 "Two-photon laser microscopy."
外部連結
- Two-photon suitable dyes[失效連結]
- introduction to multiphoton microscopy（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- Acquisition of Multiple Real-Time Images for Laser Scanning Microscopy（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） (Sanderson microscopy article)
- Build Your Own Video-Rate 2-photon Microscope（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- Two-photon Fluorescence Light Microscopy, ENCYCLOPEDIA OF LIFE SCIENCES（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
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