双光子激光扫描荧光显微镜及其应用3

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1、实验技术3双光子激光扫描荧光显微镜及其应用tltltl陈德强夏安东王克逸黄文浩k中国科学技术大学精密机械与精密仪器系合肥uvssuyl摘要文章对双光子激光扫描荧光显微镜的原理及其应用进行了综述q双光子激光扫描荧光显微镜的本征的空间三维成像特性广泛应用于生命科学!半导体和三维高密度数据存储及其微细加工的研究q关键词双光子激光扫描荧光显微镜k×°≥lo共焦o三维ΤΩΟΠΗΟΤΟΝΛΑΣΕΡΣΧΑΝΝΙΝΓΦΛΥΟΡΕΣΧΕΝΧΕΜΙΧΡΟΣΧΟΠΨΑΝΔΙΤΣΑΠΠΛΙΧΑΤΙΟΝΣ≤∞¨2±¬¤±ª÷±2²±ª•¨2≠¬•¨±2¤²(ΔεπαρτμεντοφΠρεχισι

2、ονΜαχηινερψανδΙνστρυμεντατιον,ΥνιϖερσιτψοφΣχιενχεανδΤεχηνολογψοφΧηινα,Ηεφειuvssuy)Αβστραχτ׫¨³µ¬±¦¬³¯¨²©·º²p³«²·²±¯¤¶¨µ¶¦¤±±¬±ª©¯∏²µ¨¶¦¨±¦¨°¬¦µ²¶¦²³¼¤±§¬·¶¤³³¯¬¦¤·¬²±¶¤µ¨µ¨2√¬¨º¨§q·¶¬±·µ¬±¶¬¦·«µ¨¨2§¬°¨±¶¬²±¤¯¶³¤·¬¤¯µ¨¶²¯∏·¬²±«¤¶¥¨¨±º¬§¨¯¼¨¬³¯²¬·¨§¬±·«¨¯¬©¨¶¦¬¨±¦¨¶o¶¨°¬¦²±§∏¦2·²µ·¨¦«±²¯²ª

3、¼o²³·¬¦¤¯§¤·¤¶·²µ¤ª¨¤±§¯¬·«²ªµ¤³«¬¦°¬¦µ²©¤¥µ¬¦¤·¬²±qΚεψωορδσ·º²2³«²·²±¯¤¶¨µ¶¦¤±±¬±ª©¯∏²µ¨¶¦¨±¦¨°¬¦µ²¶¦²³¼o¦²±©²¦¤¯o·«µ¨¨2§¬°¨±¶¬²±t引言u双光子激发原理简介近年来o光学显微镜技术中的一个最引人注目在激光照射下o基态荧光分子或原子吸收一个的成就是双光子激发现象k·º²2³«²·²±¨¬¦¬·¤·¬²±o简光子后成为激发态o随后又弛豫到某一基态o同时以称×°∞l在共焦激光扫描显微镜k¦²±©²¦¤¯¯¤¶¨µ¶¦¤±2光子形式释放能量而发出荧光q

4、这一过程就是通常≈t ±¬±ª°¬¦µ²¶¦²³¼o简称≤≥l中的广泛应用q随着的单光子激发情况qt

5、vt年o¤µ¬¤³³¨µ·p¤¼¨µ飞秒激光技术和光学显微镜技术的发展o现在人们预言一个分子或原子可以在同一个量子过程中o同已经能够比较容易地制造并使用双光子共焦激光扫时吸收两个光子而成激发态o这种情况就是双光子≈u un描显微镜k·º²2³«²·²±¯¤¶¨µ¶¦¤±±¬±ª°¬¦µ²¶¦²³¼o简激发过程qt

6、yt年o¤¬¶¨µ等在≤¤ƒuΒ∞∏晶体称×°≥lo对样品在双光子激发后发出的荧光进中首次观察到了这种双光子激发现象≈v q图t简单行观察和三维成像q地描述了

7、这种双光子激发的过程q比如在单光子激目前o双光子共焦激光扫描显微镜已成为半导发情形o酶在vxs±°的光激发下产生wxs±°体制造和检测!生物学!医学研究和三维高密度存储的荧光o而在双光子激发情形o酶则需同时及其微细加工的重要工具o为开拓新学科和促进科吸收两个zss±°的光子才能产生wxs±°的荧光q这学研究领域向更高层次发展起到了非常重要的作就是说o双光子技术可以使我们无需使用紫外光源用q利用双光子共焦激光扫描显微镜的特点揭示了许多新现象和新规律q本文拟对这一技术的原理!特3国家自然科学基金和国家教委留学回国人员科研启动基金资助点和应用进行综述q项目t

8、

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10、psypsw

11、收到初稿ot

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14、ps{puz修回tl中国科学技术大学理化中心选键化学实验室客座人员#uvu#物理就能达到检测紫外荧光探针的目的q由于双光子激采用适当阶数的混沌理论可以对多光子吸收截[x]发所产生的荧光强度与激发光的光强平方成正比o面Δ做一简单估算.显然,多光子激发要求两个因而与单光子激发的线性过程相比o双光子激发就或多个光子被分子同时吸收,因而多光子的吸收截需要很强的激发光强o这就使双光子激发具有很高面主要取决于激发光的空间和时间的相干特性.一的空间局域特点q图u是单!双光子激发所产生的荧个分子的/横截面积0Α可由它的偶极跃迁矩来估光形貌q从图u可以看出o由于单光子激

15、发的线性过p{p

16、算.对偶极跃迁矩为ts)ts¦°的分子,典型的程o在整个激发光路里的样品都由于激发而发出荧ptyptzuΑ值为ts)ts¦°.光子符合的时间尺度由光o而对于双光子激发而言o只有在焦点处的微小区虚拟中间态的持续时间∃Σ决定,由测不准原理可域内样品才能吸收足够的双光子而发出荧光q将双估计∃ΣΥtspty¶,因此,由Αu∃Σ得双光子激发吸光子激发的这一特点应用到≤≥而产生的收截面Δ大约为tspw

17、¦°w#¶r光子.相应地,由Αv×°≥o可以获得比单光子≤≥更清晰的三维荧(∃Σ)u得三光子激发吸收截面Δ大约为tsp{u¦°y#光