飞秒激光在生命科学中应用.ppt

实骖室科研探究??? 飞秒激光成像技术 在生命科学中的应用 马万云 原子分子纳米科学教肓部量点奥验窆 2007 飞秒激光的特点 ◆脉冲很窄:几个飞秒,1fs=1015,1/1000万亿秒 比利用电子学方法所获得的最短脉冲要短几千倍。 瞬肘功率很高:1012W。 ◆能聚焦很细:能聚焦几百ηm,比头发的直径还要小的 空间区域,使电磁场的强度比原子核对其周围电子的 作用力还要高数倍。 应用广泛:外科手术、医学成像、生物活体检测、病变早期诊断 重点:飞秒激光双光子成像技术对大、厚、活的生物样品的四维实时观测 科研项目 植入前胚胎发育遗传学诊断的分子雷达-光学相干 技术系统的研究一一国家973计划 001CB510307,正在进行。 活细胞中生物大分子相互作用的四维可视化观测 国家自然科学基金项目(2005-2007 正在进行。 高灵敏实时原位观测方法相关物理、化学基础问 题及其在生命科学中的应用-教育部科学研究重大 项目(2006-2008)306020,正在进行。 立项背景 ◆要深入地了解复杂的生物系统需要更量化的生物学 Bio-X ◆当生物学日益需要更丰富的数据时,它就愈加要求具有物理 科学特点的分析方法和计算方法。 由于生命现象的复杂性,直观、形象的检测技术在生命科学 的研究中起着非常重要的作用。可视化检测手段的出现和发 展,使人们能够在一定程度上直接地对生命过程进行观测。 物理成像技术研究是目前bo-X研究中的热点课题 ◆国家973课题“植入前胚胎发育遗传学诊断的分子雷达 光学相干技术系统研究”。 细胞大 三维 脆弱 低损 发育 动态 植入前胚胎发育过程 四维成像 数据直观的四维量化 研究内容与特点 内容:建立胚胎细胞四维成像手段, 观察小鼠植入前胚胎发育过程的现象,以 获得植入前胚胎的遗传诊断信息, 特点:以直观的四维量化的数据表达 个生物学发育过程的信息 活细胞的四维成像技术 物理原理 共聚焦成像技术 双光子成像技术 uorescencell-700 nm Flu Ground raund State One-Photon Excitation T Wo-Phdton Excitation 采用较高功率的超短脉冲激光 单光子激发,采用普通连续激光几+1的脉宽,1l=101秒 激发荧光物质,使之跃迁到激发 态时能同时吸收两个光子。 共聚集显微镜原理 Confocal laser scanning microscopy CLSM) Laser Pinhole Dichroic Objective Computer s monitor In-focus ray Focus↑ Out-of-focus my 位于共轭焦平面的小孔(共 聚焦针孔),阻挡了来自焦 共聚焦针孔的直径直接控制 平面以外的信号 了光学切片的厚度 探测器 探测器 共焦针孔 离焦荧光 散射荧光 激光 激光 物镜 物镜 样品 样品 为什么要用超快激光? W,≈0.664 Probability for Absorption 0: two-photon absorption cross section Single-photon: oc I (一般为1050cm4s/光子) TWO-photon cc12 Three-photon:∝I3 单光子激发荧光 在个照明区 均产生荧光 双光子激发荧光 仅在焦点附近产