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我国成功研制双光子

2021-10-17 来源:义乌市机械信息网

07-25

7月25日,记者了解到,我国多家单位共同成功研制出国内外首台双光子-STED复合显微镜样机。

在常规光学显微系统当中,由于光学元件的衍射效应,平行入射的照明光经过显微物镜聚焦之后在样品上所成的光斑并不是一个理想的点,而是一个具有一定尺寸的衍射斑。在衍射斑范围内的样品均会发出荧光,导致这些样品的细节信息没有办法被分辨,从而限制了显微系统的分辨能力。随着扫描电镜、扫描隧道显微镜及原子力显微镜等技术的出现,实现纳米量级分辨率的观测已经成为可能,但是以上这些技术仍然存在对样品破坏性较大,只能观测样品表面等缺点,并不适合对于生物样品,特别是活体样品的观测。因此,研究人员们急需找到一种光学的超衍射极限显微方法。二十世纪九十年代以来,研究人员们陆续提出了多种超分辨显微技术来实现超越衍射极限的高分辨率。在这些方法之中,以德国科学家S.W.Hell在1994年提出的受激发射损耗显微术(Stimulated Emission Depletion Microscopy,STED)的发展最为成熟,应用也最为广泛。

受激发射损耗显微术(STED)是通过受激发射效应实现减小有效荧光发光的面积。一般STED显微系统中包含两束照明光,一束为激发光,一束为损耗光。当激发光的照射使得衍射斑范围内的荧光分子被激发,其中的电子跃迁到激发态后,损耗光使部分处于激发光斑外围的电子以受激发射的方式回到基态,而位于激发光斑中心的被激发电子则不受影响,继续以自发荧光的方式回到基态。由于在受激发射过程中所发出的荧光和自发荧光的波长及传播方向均不同,因此探测器观测到的光子均是由激发光斑中心的部分荧光样品通过自发荧光方式产生的。通过这种方式可以减小有效荧光的发光面积,提高系统的分辨率。

目前,受激发射损耗显微术的关键主要集中在损耗光斑的调制,激发光与损耗光激光类型和波长的选择等方面。

根据国家科技部消息,近日,在国家重点研发计划“数字诊疗装备研发”专项的支持下,由苏州国科医疗科技发展有限公司、吉林亚泰生物药业股份有限公司、中国科学院物理研究所等多家单位共同承担的数字诊疗重点研发专项项目--双光子-受激发射损耗(STED)复合显微镜获得重要进展:成功研制出国内外首台双光子-STED复合显微镜样机。项目组完成了显微镜系统中核心部件的自主研制,成功研制出了具有自主知识产权的大面阵CMOS相机和长工作距离大数值孔径物镜等核心部件,打破了国外相关产品对我国的垄断。

国内外首台双光子-STED复合显微镜样机

在当今生物学及基础医学的研究中,超分辨显微光学成像是取得原创性研究成果的重要手段。国外双光子-STED成像技术研究开展的相对较早,德国、加拿大、法国、意大利等多个国家的科研机构都已经成功搭建了双光子-STED成像实验系统;而我国相关研究起步较晚,目前双光子STED成像技术仍停留在实验室研究阶段,国际上尚未出现相应的产品。因此,双光子-受激发射损耗(STED)复合显微镜的成功研制对于满足我国生物医学等前沿基础研究的定制化需求、提升创新能力以及推动我国显微镜行业升级等具有重要意义。

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