镱镭飞秒 X 维快光子成功交付用于生物成像的三光子光源AURORA-3P
2024.09.29
 


三光子显微成像技术是一种先进的非线性光学显微成像方法,它利用超短脉冲红外激光作为光源。由于红外光的穿透力较强,三光子成像可以深入组织内部,而不会像可见光那样在表层被大量散射或吸收。这使得该技术在深层组织的高分辨率成像中具有巨大优势,相比传统的单光子和双光子显微镜,三光子成像能够提供更深的成像深度和更清晰的细胞或组织结构信息,非常适合应用于神经科学和生物医学研究。
 

如今,对大脑的探索主要依赖光学显微成像,但神经组织对光的散射使得光束无法在脑内传播较深距离,成像深度的不足严重阻碍了大脑神经成像质量。因此,如何实现大脑深度成像成为了脑神经成像的重要研究热点。
多光子显微成像技术的出现一定程度上缓解了成像深度不足的挑战。多光子成像基于多光子激发效应。荧光分子存在分立能级,能量最低的能级称为基态,大多分子处于此能级,能量较高的能级称为激发态。若存在特定波长的照明光,可以使处于基态的电子吸收若干光子,并跃迁到激发态,这些光子在激发态停留一定时间后再次弛豫震荡跃迁回基态,并产生一个对应波长的光子。若入射光波长较长,则可能使基态的分子同时吸收多个光子,即多光子激发。

三光子VS双光子


 


在过去的30年中,双光子显微镜(2PM)的出现大大加速了大脑成像的研究进程,它具有极高空间分辨率和大脑深层成像的能力。然而,2PM成像深度被限制在几十至几百微米,想要在更深的毫米量级的生物组织中进行荧光成像,便需要发展出其他成像技术。

     
 

640 um 视野下单树突棘级分辨。Thy1-YFPH 转基因小鼠(左)野生型小鼠大脑皮层注射 AAV-hSyn-GCaMP6s病毒(右)探头型号:FHIRM-U成像深度:0~60μm Projection(左)200~260μm Projection(右)激发波长:920nm小鼠自由活动成像。
右图:微型三光子显微镜记录小鼠大脑皮层L1-L6和海马CA1的结构和功能动态。

     

 


三光子显微镜(3PM)的概念于1996年被提出,利用该技术有望将荧光成像深度进一步拓展。它利用了三光子激发效应,荧光分子吸收三个长波长光子,并通过辐射跃迁释放一个荧光光子。然而由于3PM需要极高的激发脉冲功率,并且需要发展并不成熟的长波段激光器作为光源,所以并未得到广泛的关注。然而近年来,人们验证了深度脑成像的最佳激发波长在1300 nm和1700 nm左右,对于大多数现有荧光探针的双光子激发(2PE)来说太长了。此外,高阶非线性效应与2PE相比可提供更高非线性阈值,这对于散射介质的高对比度成像是必不可少的。

CC:胼胝体。绿色代表GCaMP6s标记的神经元荧光钙信号,洋红色代表硬脑膜、微血管和脑白质界面的三次谐波信号。



交付现场:

 



根据日益增长的脑科学成像市场需求,镱镭飞秒和维快光子合作开发并成功向北京超维景生物科技有限公司交付了一款可批量化生产的三光子成像用飞秒激光器,对标Light conversion公司的CRONUS-3P,Class5 Photonics公司的WD-1300,Coherent公司的MONACO-1300等系列产品。

 


参数规格:


1)较低的重复率和较高的脉冲能量可供选择
2)连续色散控制; −3000 fs²用+3000 fs²补偿显微镜
3)泵浦激光为50W/50uJ/1030nm,支持更高功率定制,详情请咨询我们
4)1/e²,压缩后输出测量
5)可选配拓展650-900nm输出,详情请咨询我们

实测指标:


 

典型光谱 (1250-1800nm)   三光子系统 + 压缩器输出功率对比(驱动激光:1MHz/40uJ/301fs@HELIOS-40W)

 

 

典型脉宽(1300nm@55.4fs)   典型脉宽(1700nm@60.5fs)

 



 
 

输出光斑@1300nm(压缩器出口500mm)   GDD范围



AURORA-3P 系列 24H 输出功率稳定性 RMS=0.4289%@1300nm

生物成像应用实机成像:




备注:三光子成像系统由北京超维景生物科技有限公司提供