手持式皮膚生物細胞顯微成像系統(tǒng)的技術原理

 手持式皮膚生物細胞顯微成像系統(tǒng)是一款移動式微型化雙光子顯微成像系統(tǒng)，經設計用于皮膚生物細胞顯微成像。雙光子顯微成像系統(tǒng)是結合了激光掃描共聚焦顯微鏡和雙光子激發(fā)技術的一種新技術。

　　雙光子激發(fā)的基本原理是：在高光子密度的情況下，熒光分子可以同時吸收2個長波長的光子，在經過一個很短的所謂激發(fā)態(tài)壽命的時間后，發(fā)射出一個波長較短的光子；其效果和使用一個波長為長波長一半的光子去激發(fā)熒光分子是相同的。雙光子激發(fā)需要很高的光子密度，為了不損傷細胞，雙光子顯微鏡使用高能量鎖模脈沖激光器。這種激光器發(fā)出的激光具有很高的峰值能量和很低的平均能量，其脈沖寬度只有百飛秒左右(1飛秒=10-15秒),而其頻率可以達到80兆赫茲。在使用高數值孔徑的物鏡將脈沖激光的光子聚焦時，物鏡的焦點處的光子密度是最高的，雙光子激發(fā)只發(fā)生在物鏡的焦點上，而單光子在沿途經過的各個層面都會被激發(fā)，所以雙光子顯微鏡不需要共聚焦針孔，提高了熒光檢測效率。

　　基于雙光子顯微成像原理，本產品根據預期用途實現(xiàn)了對體表上皮細胞及組織的自發(fā)熒光成像和二次諧波成像。

　　雙光子自發(fā)熒光(2PEF)指基態(tài)熒光分子或原子吸收兩個光子激發(fā)至激發(fā)態(tài)，然后恢復到基態(tài)并發(fā)出熒光的過程。熒光分子在吸收第一個光子后，將躍遷至一個虛態(tài)，需要第二個光子在幾飛秒內與處于虛態(tài)的熒光分子作用，熒光分子才能從虛態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。自發(fā)熒光物質是指生物細胞與組織內固有的熒光物質。當被合適波長的光激發(fā)時，一些細胞和組織的內容物能夠發(fā)出穩(wěn)定的熒光信號，它們也因此被稱為內源熒光團。

二次諧波成像(SHG)是一種非線性的光學過程，在此過程中，兩個相同頻率光子與非對稱介質發(fā)生相互作用，將其從基態(tài)激發(fā)至虛態(tài)。在從虛態(tài)恢復到基態(tài)的過程中，釋放頻率增倍、波長減半的光子。由于其可將物質自發(fā)激發(fā)至虛態(tài)的特性，二次諧波成像不需要熒光標記，因此不會受到光漂白或光毒性的影響。