雙光子熒光成像
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-23
雙光子熒光成像的實例教程
為了揭示三維空間中高聚物結晶形態的演變規律，西安交通大學功能軟材料創新團隊的Goran Ungar教授基于雙光子顯微成像技術開發了針對高聚物及其納米復合材料體系的三維成像技術，成功獲得了高聚物球晶的三維圖像，并且揭示了納米粒子在結晶性高聚物中的分散狀態。通過對等規聚丙烯(iPP)和聚乳酸(PLA)結晶形態的三維成像研究，意外發現PLA納米復合材料靜態下結晶形成了類似“碗”、“花瓶”、“圣杯”等不同于球晶的結晶形態(如圖1所示)。這種非球狀的結晶形態打破了人們對經典高分子物理中靜態條件下高聚物結晶形成球晶的認知，進一步研究揭示了非球狀結晶形態源自于薄膜上下表面兩球晶的成核和生長，球晶生長前沿“depletion”區域的負壓作用產生局部熔體流動，誘導球晶之間產生纖維狀晶體，纖維狀晶體進一步橫向生長最終生成C∞對稱性結晶形態。
圖1. PLA納米復合材料中觀察到的非球狀結晶形態
熒光分子標記物/高聚物體系
如圖2a1-2a4所示，iPP中加入尼羅紅(NR)熒光分子后，熒光顯微鏡下弱熒光強度的圓形區域與偏光顯微鏡下球晶結構相對應；熒光顯微鏡下球晶邊緣呈現亮環在他們前期的研究工作中已被證實是由于球晶生長時，NR分子被排除到球晶的生長前沿[Polymer 191, 122246 (2020)]。圖2a5還展示了熒光顯微成像的另一個優勢，即可以清晰地觀察到球晶碰撞界面由于結晶收縮從蓋玻片表面脫離而產生的牛頓環。為了實現高聚物球晶的三維成像，他們將雙光子熒光成像技術發展至高聚物及其納米復合材料領域。圖2b1和2b2考察對比了單光子和雙光子熒光成像技術，雙光子熒光成像技術在z方向有更高的空間分辨率，并且穿透深度更大。
展開 相對缺乏可靠地測量生物樣本中細胞內K+動態變化的方法，這些方法滿足了對K+的低親和力和高選擇性的雙重挑戰，尤其是對鈉離子(Na+)而言，目前可用的熒光K+傳感器在很大程度上通過高親和力受體進行了優化。更適合細胞外K+檢測。
【科研摘要】
最近，加州大學伯利克分校Christopher J. Chang教授團隊報告比例鉀離子傳感器1（RPS-1）的設計，合成和生物學評估，該傳感器是一種雙熒光團傳感器，能夠對活細胞內鉀離子進行比例熒光成像。相關論文A dual-fluorophore sensor approach for ratiometric fluorescence imaging of potassium in living cells發表在《Chemical Science》上。RPS-1通過鉀鍵將對鉀離子具有低親和力，高選擇性冠醚受體的鉀敏感熒光傳感器片段（PS525）與鉀不敏感的參比熒光團（香豆素343，Coumarin 343）通過酯鍵相連。在細胞內遞送后，酯酶定向的裂解將這兩種染料分裂成單獨的片段，從而可以按比例檢測K+。RPS-1對水性緩沖液中的K+有反應，對競爭性金屬離子具有高選擇性，并且在穩態細胞內水平對鉀離子敏感，并且可以對從該基礎設定點開始的減少或增加做出反應。此外，RPS-1被用于比較篩選一組不同癌細胞系中的K+庫，揭示了轉移性乳腺癌細胞系相對于正常乳腺癌細胞的基礎細胞內K+升高。這項工作為研究細胞內鉀動力學提供了獨特的化學工具，并且是基于不依賴FRET或相關能量轉移設計的雙熒光團方法設計其他比例熒光傳感器的起點。
【圖文解析】
1. 比率鉀傳感器-1（RPS-1）的設計，一種用于比率鉀檢測的雙熒光探針
為了開發一種適合細胞內使用的鉀比例計量傳感平臺。
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雙光子熒光成像的相關專題、標簽、搜索
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以下是一些等離子體-電子-光子混合集成電路潛在應用的突出示例。
傳感器和生物傳感器
表面等離子體光子學材料支持局域表面等離子體共振（LSPR），可增強局部電磁場，從而顯著改進光譜學和傳感應用。
例如，等離子體誘導共振能量轉移（PIRET）可用于提高發光二極管（LED）的效率以及熒光傳感器的性能。
DOI: 10.12086/oee.2022.210367
[3] 楊向通,范薇.利用雙折射透鏡組實現激光束空間整形[J].光學學報,2006,26(11):1698-1704
[4] 龐輝, 應朝福, 范長江, 等. 用于光束整形的衍射光學元件設計的混合算法[J]. 光子學報, 2010, 39（6）: 977-981.
殘余應力引發的偏光變色、應力開裂，尺寸偏差與應力雙折射導致的成像質量下降，以及注塑流態隱蔽缺陷等核心問題，不僅拉長產品上市周期，還大幅抬高生產成本，是制約行業發展的關鍵瓶頸，急需高效技術方案破解。
這個架構的精髓在于：光學硬件不再被迫追求“完美成像”，而是被解放出來專注于“信息編碼”；算法也不再是“猜測缺失信息”的統計工具，而是基于明確物理模型的“數學解碼器”。雙端協同，成就了一個超越傳統光學物理極限的全新成像范式。
2.2 硬件層之一：自由曲面——高自由度的靜態相位編碼
自由曲面是威睛光學硬件三層中最成熟、已進入商業化的一層。
當可見光（通常覆蓋380–780 nm）照射到半導體材料上時，光子激發電子-空穴對，產生與光照強度成正比的?微弱光電流??。
二、信號調理?：光電流經?跨阻放大器?（TIA）轉換為電壓，并通過?可編程增益放大器?（PGA）進行放大，以適配不同光照范圍?。
三、模數轉換?：放大后的模擬信號由?高精度ADC?（如16位Σ-Δ或SAR型）轉換為數字值?。
Ansys | 什么是光電子學？1個月前
光電子學（optoelectronic或optronics）絕不僅僅是光子學的一個子領域，而是光學和電子學交叉領域的關鍵學科，推動著通信、成像、傳感和能源等領域的創新發展。盡管光電子學位于兩個物理領域的交叉地帶，但同時又具有其獨特的器件體系，主要涉及光的發射或探測。
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表面等離子體光子學材料支持局域表面等離子體共振（LSPR），可增強局部電磁場，從而顯著改進光譜學和傳感應用。
例如，等離子體誘導共振能量轉移（PIRET）可用于提高發光二極管（LED）的效率以及熒光傳感器的性能。
表面等離子體光子學的強大應用之一是：用于檢測微量生物或化學制劑的傳感器。
什么是波導？2個月前
與其他光學波導不同，ZMW不支持傳播光學模式，而是用于等離子體、量子光學以及單分子或熒光成像。
介電波導
介電波導是用于構建光纖和片上波導的圓柱形波導。介電波導具有高折射率纖芯和低折射率包層。光波利用全內反射原理傳播：當光試圖從光密介質進入光疏介質時，它會在材料界面被反射回光密介質。因此，導波會被限制在光纖芯中，從而實現損耗盡可能低的遠程傳輸。
一期一會 | 什么是電磁學？4個月前
因此，電磁學原理適用于一系列現代設備的設計，包括電機、發電機、天線、波導、變壓器、磁數據存儲設備、磁共振成像設備和印刷電路板，以及雷達、光纖、光子學和遠程傳感器等技術。
電磁學簡史
自古以來，人類文明一直試圖對自然現象作出解釋——從他們觀察到的鐵礦石之間的吸引力到摩擦材料產生的靜電再到閃電。
在生物醫學領域，800-950nm的近紅外光具有良好的組織穿透性，可用于熒光成像、光動力治療和生物傳感器等。優化后的高亮度、高效率近紅外PeLED有望成為下一代生物醫學成像設備的理想光源。
在通信與傳感領域，近紅外波段是光纖通信的常用窗口，高效率的近紅外PeLED可用于短距離光通信和環境監測傳感器。
