手持式皮肤生物细胞显微成像系统的技术原理

 手持式皮肤生物细胞显微成像系统是一款移动式微型化双光子显微成像系统，经设计用于皮肤生物细胞显微成像。双光子显微成像系统是结合了激光扫描共聚焦显微镜和双光子激发技术的一种新技术。

　　双光子激发的基本原理是：在高光子密度的情况下，荧光分子可以同时吸收2个长波长的光子，在经过一个很短的所谓激发态寿命的时间后，发射出一个波长较短的光子；其效果和使用一个波长为长波长一半的光子去激发荧光分子是相同的。双光子激发需要很高的光子密度，为了不损伤细胞，双光子显微镜使用高能量锁模脉冲激光器。这种激光器发出的激光具有很高的峰值能量和很低的平均能量，其脉冲宽度只有百飞秒左右(1飞秒=10-15秒),而其频率可以达到80兆赫兹。在使用高数值孔径的物镜将脉冲激光的光子聚焦时，物镜的焦点处的光子密度是最高的，双光子激发只发生在物镜的焦点上，而单光子在沿途经过的各个层面都会被激发，所以双光子显微镜不需要共聚焦针孔，提高了荧光检测效率。

　　基于双光子显微成像原理，本产品根据预期用途实现了对体表上皮细胞及组织的自发荧光成像和二次谐波成像。

　　双光子自发荧光(2PEF)指基态荧光分子或原子吸收两个光子激发至激发态，然后恢复到基态并发出荧光的过程。荧光分子在吸收第一个光子后，将跃迁至一个虚态，需要第二个光子在几飞秒内与处于虚态的荧光分子作用，荧光分子才能从虚态跃迁到激发态。自发荧光物质是指生物细胞与组织内固有的荧光物质。当被合适波长的光激发时，一些细胞和组织的内容物能够发出稳定的荧光信号，它们也因此被称为内源荧光团。

二次谐波成像(SHG)是一种非线性的光学过程，在此过程中，两个相同频率光子与非对称介质发生相互作用，将其从基态激发至虚态。在从虚态恢复到基态的过程中，释放频率增倍、波长减半的光子。由于其可将物质自发激发至虚态的特性，二次谐波成像不需要荧光标记，因此不会受到光漂白或光毒性的影响。