超快激光器为生物成像领域提供新的可能
发布时间：2022-11-03
多光子生物成像解决方案
自1663年，罗伯特.胡克在实验室中观测到了细胞壁，并命名为【cellua】开始，人类微观生物世界的大门就此打开。自那之后经历了3个多世纪，从生物切片显微观测为开端，人类对于微观生物的研究从未停止。
上世纪90年末开始，随着飞秒激光技术的提出，到如今的走向成熟，更加尖端且成熟的生物观测仪器继续为人类生物微观世界的研究贡献出自己的力量，其中能够探测活体神经元的，便是我们接下来的主角——【双光子荧光显微镜】
01.什么是双光子荧光显微镜
双光子激发荧光这个理论是1931年由玛丽亚·格佩特-梅耶在她的博士论文中阐述了原子的双光子吸收的可能性，但是将她的理论研究转化成实验室的可观测现象进行证实时，已经是1960年激光诞生之后的事情了。
在双光子显微镜出现之前，主流的观测应用是共聚焦显微镜，它的主要原理是采用点光源照射标本，在焦平面上形成一个轮廓分明的小的光点，该点被照射后发出的荧光被物镜收集，并沿原照射光路反射到由双向色镜构成的分光器。分光器将荧光直接反射至探测器。属于通过聚焦光来进行单光子荧光。优点是观测速度快，缺点是观察深度浅、清晰度差。
而双光子显微镜，是通过瞬间对荧光蛋白射入高密度光子，荧光分子可以同时吸收 2 个光子，并产生类似倍频效应的特性，实现在观测深度和呈像清晰度上质的突破。
共聚焦显微镜与双光子显微镜的观测深度对比
02.与激光的有机结合
双光子荧光显微镜是共聚焦显微镜与飞秒激光结合的产物。它利用飞秒激光器照射，在样本的表面或内部聚焦，发挥飞秒脉冲激光器由于脉宽窄、峰值功率高的特性, 使荧光蛋白发生双光子激发，并发生荧光信号。
当然，不同物质的双光子激发光谱也不同，这直接影响了荧光蛋白对不同波长激发光的吸收效率。类比地，如果一种荧光蛋白对于一种飞秒激光所在波段的双光子吸收效率过低，也会难以被激发，从而难以实现优质的双光子荧光成像效果。反之，激光器所在波长对其激发效率越高，则成像效果越好，主要体现在清晰度等方面，这样才能让研究人员更加直观的观测和还原样品的形貌。
不同荧光蛋白材料对光谱的吸收率也有所不同
双光子激发荧光显微成像对EGFP-2P荧光蛋白的效果对比A．920nm波段B．780nm波段
从上图中可以看出，对不同波段均有反应的荧光蛋白，在吸收率较高的波段成像效果更加优秀。03.实现途径为实现这种应用，中山铟尼镭斯科技有限公司于2012年开始，进行了飞秒激光光源的研发。经过了长达10年的积累，完成了该波段激光器的全部工程化工作。
Nd-930
产品说明：
该激光器基于光纤式种子源与放大级，能够稳定输出中心波长为930 nm ± 5 nm的飞秒 (fs) 级激光脉冲序列，平均功率 > 1 W，脉冲宽度 < 350 fs，重复频率40 - 80 MHz（可定制），M2 ≤ 1.3。特别适用于生物医学领域的双光子成像应用。
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