荧光显微成像技术在生物医学研究领域的应用

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1、姓名：何青学号：1224143003专业：生物医学信息技术荧光显微成像技术在生物医学研究领域的应用随着光电子技术，尤其是激光技术的发展，越来越多的现代显微技术迅速发展起来。目前，通过激光光源以激发被测物体的荧光或者非线性光学现象从而获得高分辨率的成像的技术就有：激光共聚焦显微技术、双光子荧光显微技术、二次谐波显微成像技术以及拉曼光谱成像技术等。通过能量密度比普通光源高数十乃至数百倍的激光可以激发被测物的各种非线性光学现象，而被测物内部不同组织、不同成分的部分将显示不同的光学性质（如激发光的强度或者波长不一样），从而将这些不同部分区分开来，提高了显微系统的分辨率。荧光显微成像技术

2、在生物医学研究领域的应用日益广泛，技术发展也突飞猛进，成为热门的研究领域，并发展了突破衍射极限的超高分辨率荧光显微成像系统[1]。现就目前应用比较广泛的激光扫描共焦显微镜和多光子激光扫描显微镜进行介绍。1激光扫描共焦显微镜　　激光扫描共焦显微镜是近年来发展较为迅速的无创诊断技术。它以光学系统的共焦成像为基础，利用光扫描技术对样品进行无创动态测量，目前已经发展成为生物学和医学研究诊断的重要工具，在生物医学的各方面得到了广泛的应用。1.1激光共聚焦扫描显微镜基本原理如图1所示，激光共聚焦扫描显微镜（Confocallaserscanningmicroscope，CLSM）用激光作扫

3、描光源，采用双针孔的结构以形成物像共轭。激光通过透镜聚焦在焦平面上针孔形成点光源，并在物镜焦平面对样品逐点扫描,样品上的每个照射点在像焦平面的探测孔处成像。进行点扫描时，扫描点以外的点不会成像。，扫描的激光与荧光收集共用一个物镜，物镜的焦点即扫描激光的聚焦点，也是瞬时成像的物点。由于激光束的波长较短，光束很细，所以共焦激光扫描显微镜有较高的分辨力，大约是普通光学显微镜的3倍。系统经一次调焦，扫描限制在样品的一个平面内。调焦深度不一样时，就可以获得样品不同深度层次的图像。逐点、逐行、逐面快速扫描成像，这些图像信息都储于计算机内，通过计算机分析和模拟，就能显示细胞样品的立体结构。图

4、1激光共聚焦扫描显微镜基本原理示意图1.2激光共聚焦显微镜的应用领域激光扫描共聚焦显微镜是近代最先进的细胞生物医学分析仪器之一。既可以用于观察细胞形态，也可以用于细胞内生化成分的定量分析、光密度统计以及细胞形态的测量,配合焦点稳定系统可以实现长时间活细胞动态观察。目前，激光扫描共聚焦显微技术已用于细胞形态定位、立体结构重组、动态变化过程等研究，并提供定量荧光测定、定量图像分析实用研究手段，结合其他相关生物技术，在形态学、生理学、免疫学、遗传学等领域得到广泛应用。激光共聚焦显微镜的具体应用领域包括：多重荧光影像(Multi-ColorFluorescenceImaging)　　3

5、D立体影像重建(3DReconstruction)　　3D动态影像获取与分析(Dynamic3Dimaging)　　神经立体分布影像(3DNeuronimaging)　　形态与动态分析(Morphology)　　次微米单晶荧光影像技术(Nano-crystal)　　多重荧光蛋白影像技术(Multi-ColorGFPImaging)　　细胞离子流定量分析(CellularIonConcentrationandRatioImaging)　　长时间影像记录(Time-LapseRecording)　　Z轴扫描与测量(Z-sectionandmeasurement)　　基因影像分析(G

6、eneticFISHimagingandquantification)　　染色体多重荧光原色表现(Chromosomespectralanalysis)　　活体胚胎研究(Embryo,Zebrafish/Drosophilaembryo)　　穿透光影像/反射光影像　　材料表面分析(Surfaceandroughnessanalysis)　　材料显微硬度分析(Micro-Hardnessanalysis)　　晶园分析(Waferanalysis)　　薄膜分析(Thinlayeranalysis)2多光子激光扫描荧光显微镜近年来，光学显微镜技术中的一个最引人注目的成就是双光子激发现

7、象(two-photonexcitation，简称TPE)在共焦激光扫描显微镜(confocallaserscanningmicroscopy，简称CLSM)中的广泛应用⋯．随着飞秒激光技术和光学显微镜技术的发展，现在人们已经能够比较容易地制造并使用双光子共焦激光扫描显微镜(two—photonlaserscanningmicroscopy，简称TPLSM)，对样品在双光子激发后发出的荧光进行观察和三维成像．目前,以双光子技术为代表的多光子技术已经在生物及医学成像、单分子探测、三维信息存储、