发布时间:2025-07-10 11:18:42 人气:
飞秒激光器结合OPA在生物成像领域的最新发展
引言
近年来,飞秒激光器结合光参量放大(OPA)技术在生物成像领域取得了显著进展。尤其是多通道多光子显微成像和深层组织成像方向。
多光子显微成像(包括双光子、三光子激发等)通过超短脉冲激发荧光,实现对活体组织的高分辨成像,已成为神经科学、肿瘤研究等领域的重要工具。
OPA模块则使飞秒激光具备宽波长可调谐性,可根据不同荧光标记的激发需求调整输出,从而支持多通道(多颜色)成像和更深层的组织成像。
-INTRODUCE-
多光子显微成像中的优势与趋势
在多光子显微成像领域,飞秒激光+OPA技术展现出多波长可调、短脉宽高峰值、高稳定性等显著优势。一台飞秒激光器结合OPA即可替代过去多台单波长激光器,实现对紫外/可见到近红外宽光谱的覆盖,大幅提升多通道成像的灵活性和便利性。
尤其在神经科学功能成像中,不同指标(如绿色钙指示剂、红色荧光蛋白)需要不同激发波长,有了OPA的波长可选性,研究者能够根据荧光探针的光谱特性快速切换或同时提供所需波长,实现多颜色激发和成像。
图(a)为整个多光子显微系统的光路(飞秒激光器作为光源),图(b)为不同非线性信号的能级示意
飞秒脉冲的超短宽带特性也是多光子激发效率提升的关键。脉冲越短,光谱带宽越宽,可以匹配更多荧光团的吸收峰并提高非线性激发概率。
谱量Rb系列工业级超快振荡器运用特色锁模技术,实现了最高>15 nm的光谱宽度和接近100 fs的脉冲(压缩极限),为后续放大提供了高质量种子源。
谱量Rb1030-FP超快光纤振荡器
基于上述超短脉冲种子和先进放大技术,镱离子增益介质的飞秒激光器如今也能达到过去Ti:S系统才能实现的脉冲宽度水平(<100 fs),同时保持较高的平均功率。例如谱量RAS-FP-20超短脉冲飞秒激光器成功将传统Yb激光几百飞秒的输出压缩到<100 fs,并提供高达1.8 mJ的单脉冲能量,使多光子显微对光源的要求(即短脉宽+高功率)得到同时满足,显著扩展了飞秒激光器在多光子领域的应用范围。
谱量RAS-FP超短脉冲飞秒激光器
深组织成像的突破性进展
深层组织成像(>1 mm深度)的难题在于光的散射和衰减。两光子显微一般在大脑皮层300–700 µm左右逐渐力不从心。近年最大的突破来自于三光子显微技术,配合优化的飞秒激光光源,使在毫米级深度的活体成像成为可能。
双光子显微(2PM)与三光子显微(3PM) 在活体深层脑组织成像中的应用深度对比
深组织成像已有实际案例。如在小鼠活体脑组织中,研究者利用三光子显微成功观察到皮层下1.1–1.2 mm处的神经元活动和血管结构,这在以往使用双光子技术是难以实现的深度。
图为小鼠活体深层脑成像, AI 驱动图像后处理,到最终生物学定量分析过程
可以预见,随着飞秒激光+OPA技术的进一步发展,我们将持续突破光学成像的深度极限,在毫米乃至更深尺度上获取高分辨的生物组织信息。
目前谱量光电的飞秒激光器系列产品已经覆盖高能量,高重频,超短脉冲等多个类型。详情请查看谱量光电—飞秒激光器类目。
了解详情信息
谱量官网:https://www.szploptics.com
谱量商城:https://www.plctss.com