双光子探针原理
双光子的特点及原理
双光子的特点及原理
双光子是一种光子对，其中两个光子具有相同的能量、频率、波长和相位，且它们以一定的概率同时产生或被探测到。
双光子具有以下特点：
1. 量子纠缠：双光子是由相同的原子或分子发射的，它们之间存在量子纠缠关系。
这意味着对一个光子的测量可以瞬间传递到另一个光子上，即使它们相隔很远的距离。
这种“鬼魂般的作用距离”被称为“Einstein-Podolsky-Rosen悖论”。
2. 精确度：利用双光子可以实现超高精度的测量。
测量一个光子的状态可以同时得知另一个光子的状态，从而提高了测量精度。
3. 安全性：双光子技术可以用于量子密钥分发，实现绝对安全的加密通信。
由于量子纠缠特性的存在，任何对光子的窃听都会被立即察觉。
双光子的产生原理是通过非线性光学材料，如非线性晶体或非线性光纤，将高能量光束转换为低能量光束的过程。
这个过程称为双光子发射或双光子吸收。
当一个光子通过非线性光学材料时，它与材料中的电子相互作用，激发了一些电子到高能级。
这些激发态的电子会通过辐射或非线性过程退激回低能态。
在退激的过程中，有一定概率同时发射两个光子，它们具有相同的能量和频率。
双光子技术已经在量子计算、量子通信和量子成像等领域得到了广泛应用，并显示出巨大的潜力。
双光子显微镜原理
双光子显微镜原理
1 、双光子显微镜原理
双光子显微镜是一种新型的三维显微技术，它由一个复杂的光子传输仪、一个激光源和一个光学探头组成。
双光子显微镜的基本原理是利用微米级的激光束分别照射样品表面，多达几千个光子则被反射到仪器的探头，这些光子经过聚焦到固定的电子探测器上，并被计算机整合，获得了样品的三维结构信息。
双光子显微镜最大的优点在于可以实现快速、高分辨率、高空间分辨率的三维显微成像。
此外，由于光学部分的几乎完全抑制，可以大大减少在样品上的损伤。
双光子显微镜的应用可以分为两个主要方面：一是定量构象成像，在生物和材料科学等领域有着广泛的应用，可以用来获得更多的生物结构信息以及揭示细胞活性的详细机理；另一个是影像计算术，主要是利用图像分析的方法来解决复杂的问题，如双光子显微镜可以用来分析样品深度和结构，从而获得物质成分、表面形貌以及更多的三维信息。
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双光子荧光探针的研究进展
双光子荧光探针的研究进展双光子荧光探针是一种在生物医学研究中被广泛使用的技术。
与传统的单光子荧光探针相比，双光子荧光探针具有更高的空间分辨率、更深的穿透能力和更少的光散射。
在过去的几十年中，双光子荧光探针已经取得了许多重要的进展，对生物医学研究和临床应用具有重要意义。
一、双光子荧光探针的原理双光子荧光探针是利用两个红外光子几乎同时在一个分子上发生非线性吸收，使其产生可见光的荧光信号。
双光子荧光探针利用了红外光子有更好的穿透能力和较低的光散射的特点，使得荧光信号可以从较深的组织中传出。
双光子激发还具有更高的空间分辨率，可以减少背景杂散信号对成像质量的干扰。
二、双光子荧光探针的制备制备双光子荧光探针的方法主要分为两类：有机染料和量子点。
1.有机染料有机染料是最早被用于双光子荧光探针的材料。
有机染料分子需要具有高的吸收截面和荧光发射效率，以提高探针的灵敏度。
近年来，科学家们研究出了一些新型的有机染料，比如桥接染料和卟啉染料，来提高双光子探针的性能。
2.量子点量子点是由半导体材料制成的纳米颗粒，具有优异的光学和电学性质。
量子点荧光探针可以通过调控量子点的粒径和合成不同元素的复合量子点来实现不同颜色的荧光发射。
此外，量子点还具有较高的光稳定性和荧光发射寿命，使其成为优秀的双光子荧光探针材料。
三、双光子荧光探针的应用1.细胞成像2.组织工程3.药物输送四、双光子荧光探针的挑战与展望虽然双光子荧光探针在生物医学研究中具有广泛的应用潜力，但仍然存在一些挑战和问题需要解决。
1.荧光寿命短目前的双光子荧光探针的荧光发射寿命通常较短，这限制了探针的成像深度和时间分辨率。
因此，如何提高荧光寿命是一个需要解决的关键问题。
2.控制探针的自由扩散总之，双光子荧光探针是一种重要的生物医学成像技术，在细胞成像、组织工程和药物输送等领域具有广泛的应用潜力。
未来的研究应致力于提高荧光寿命和控制探针的自由扩散能力，以实现更精确、更深入、更准确的生物医学成像。
双光子荧光探针研究及其应用
双光子荧光探针研究及其应用
双光子荧光探针是一种基于双光子激发的荧光探针，它利用两个光子几乎同时地激发样品中的分子，从而实现高度局部化的激发和探测。
与传统的单光子激发相比，双光子激发具有更深入的组织穿透能力和更低的背景干扰，因此在生物医学研究和生命科学领域中得到广泛应用。
双光子荧光探针的研究主要集中在以下几个方面：
1. 荧光探针设计：研究如何设计具有高荧光量子产率和稳定性的双光子荧光探针，以提高探测的敏感性和精确性。
2. 生物成像：双光子荧光成像技术可以实现对生物体内深层组织的高分辨率三维成像，对于生物医学研究和临床诊断具有重要意义。
研究人员通过选择适当的荧光探针，可以实现对特定生物分子、细胞结构和功能的非侵入性成像。
3. 荧光传感：双光子荧光探针可用于检测和传感生物体内的特定分子、离子和信号分子。
通过设计合适的配体和荧光基团，可以实现对生物过程和环境变化的实时监测和定量分析。
4. 荧光光谱学：双光子荧光探针的荧光光谱特性研究对于了解其激发和发射机制、荧光量子产率和荧光寿命等参数具有重要意义，有助于提高探针的性能和应用效果。
双光子荧光探针在生物医学研究和临床应用中具有广泛的应用前景，包括癌症诊断、药物筛选、神经科学研究、组织工程等领域。
随着技术的不断发展和突破，双光子荧光探针
将进一步推动生命科学的进展，并为人类健康提供更好的解决方案。
次氯酸双光子荧光探针的合成及其在生物成像中的应用
次氯酸双光子荧光探针的合成及其在生物成像中的应用中文摘要双光子吸收技术自问世以来一直受到了广泛的关注。
与单光子吸收材料相比，双光子吸收材料在分辨率、穿透深度具有显著的优势，可以用于显微成像、微纺织技术、三维数据存储、光限幅、上转换发光、光动力学治疗以及药物靶向释放等诸多领域。
特别是双光子显微技术，以近红外的激光为光源对生物样品进行成像，具有穿透性强，空间分辨率高，背景荧光干扰小，以及对生物样品的光损伤较小等优点，在生物医学领域具有广阔的应用前景。
然而，传统的双光子材料常常具有大共轭结构，水溶性差、细胞穿透能力差、生物毒性也较大，并不适用于生物成像。
因此，设计合成具有较高双光子吸收截面的有机小分子用于生物体内细胞、血管、组织成像，具有重要的研究价值。
本文设计合成了两种具有双光子吸收特性的荧光小分子，对其发光性能进行了系统的研究，探索它们在生物成像中的应用。
具体的研究内容包括：1、设计合成了一类以寡聚苯乙烯为骨架的双光子次氯酸荧光探针OPV-HOCl，并将其应用于活细胞及组织内的双光子成像。
在寡聚苯乙烯骨架上引入次氯酸识别基团——氧硫杂环戊烷，通过1H-NMR、13C-NMR、HRMS 对其结构进行了表征，并通过紫外光谱、荧光光谱等进一步研究了该探针对次氯酸的响应性能，测定了其双光子吸收截面。
加入次氯酸以后，探针分子末端的氧硫杂环戊烷基团被氧化，并生成醛基。
由于分子内强烈的电荷转移导致产物的双光子吸收截面提高了近15倍（从78.9GM提高到1131.5GM），因此OPV-HOCl可以作为一个双光子“turn-on”型次氯酸荧光探针。
此外，该探针还具有反应速度快、选择性好、pH适用范围宽等优点。
MTT实验表明该探针具有较小的细胞毒性。
由于该探针优异的次氯酸响应性能和较小的生物毒性，我们成功地将其用于小鼠胶质瘤细胞BV-2中次氯酸的检测，研究表明该探针可以透过细胞膜，并对细胞中外源性次氯酸和脂多糖诱导产生的内源性次氯酸具有高选择性的快速响应。
双光子光刻技术原理
双光子光刻技术原理
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《双光子光刻技术原理》
一、什么是双光子光刻？
双光子光刻（Two-Photon Absorption Lithography，TPAL）是
一种新型的微纳米结构制造技术，它具有非常高的分辨率，可以在空间上实现三维结构的精细制作，在技术上具有先进性和实用性，因此成为未来生物医学研究和技术发展中非常重要的一环。
二、双光子光刻的原理
双光子光刻原理是指在特定材料上，使用双光子共振效应同时吸收两个光子，形成高能量离子的过程。
当这两个光子同时吸收时，物质中的电子会受到足够的耦合效应，使用户能量上升至可以出现离子效应的高能量状态，这样就可以形成空间分辨率极高的微纳米结构。
具体地说，双光子光刻的工作原理是，先将一定能量的双光子束照射到特定材料上，如高分子材料。
当双光子束照射到特定材料上时，材料的电子会受到共振效应，这时会同时吸收两个光子，使用户能量上升至可以出现离子效应的高能量状态，这样就可以形成微纳米结构。
三、双光子光刻的应用
双光子光刻是一种非常先进的制造技术，它具有高分辨率、低热量和低污染等特点，因此可以应用于电子器件、生物医学、纳米技术和微纳米工程等领域。
例如，它可以用来制造微型机械设备、微型电子元件和微电路；也可以用来制造生物传感器、生物显微镜、生物过
滤器等。
另外，由于双光子光刻的分辨率高，它还可以用来制造纳米结构，如纳米晶体、纳米管和纳米探针等。
双光子金属离子荧光探针的研究进展
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离 子 同 时具 有 高 度 敏 感 性 ， 择 性 ， 选 水溶 性 好 的双 光 子 金 属 离 子 荧 光 探针 具 有 广 泛 的 应 用 前 景 ， 光 子 荧 光 探 针 的 双
发展能有效的促进双光子显微镜的发展 ， 促进生命与医学科学的发 展。
关 键 词 ： 光 子 ； 光 探 针 ； 属 离 子 双 荧 金 中图 分 类 号 ：６ １２ Ｏ ２ ．２ 文 献 标 识 码 ： Ａ
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双光子激光扫描荧光显微镜及其应用
表 1 几种常见荧光分子的单光子 、双光子 和三光子的吸收截面 3 [5 ]
荧光分子
δ1 (λ/ nm) / 10 - 16cm2
ηδ2 (700nm)
/ 10 - 50cm4·s / 光子
ηδ3 (700nm) / 10 - 83cm6·s2/ 光子2
DAPI free
113 (345nm)
Dansy1
TWO PHOTON LASER SCANNING FL UORESCENCE MICROSCOPY AND ITS APPL ICATIONS
CHEN De2Qiang XIA An2Dong WAN G Ke2Yi HUAN G Wen2Hao
( Depart ment of Precision M achi nery and Inst rument ation , U niversity of Science and Technology of Chi na , Hef ei 230026)
图 1 单 、双光子激发过程示意图
图 2 单 、双光子激发所形成的荧光形貌 (样品为罗丹明 B 的水溶液. 上为单光子激发 ,下为双光子激发)
3 材料的吸收截面 δ
吸收截面 δ是双光子激发现象的重要参数 , 它 的大小反映了分子吸收双光子的本领. 对单光子激 发中的吸收截面 δ已有较为准确的文献记载 , 而对 双光子乃至多光子吸收截面 δ,目前尚缺乏全面 、准 确的记载. 因此 ,对常用的荧光分子多光子吸收截面 δ和光谱的进一步研究 , 将有助于多光子激发共焦 激光扫描荧光显微镜的进一步广泛应用.
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2 双光子激发原理简介
在激光照射下 ,基态荧光分子或原子吸收一个 光子后成为激发态 ,随后又弛豫到某一基态 ,同时以 光子形式释放能量而发出荧光. 这一过程就是通常 的单光子激发情况. 1931 年 ,Maria G ppert - Mayer 预言一个分子或原子可以在同一个量子过程中 ,同 时吸收两个光子而成激发态 ,这种情况就是双光子 激发过程[2 ] . 1961 年 , Kaiser 等在 CaF2 ∶Eu2 + 晶体 中首次观察到了这种双光子激发现象[3 ] . 图 1 简单 地描述了这种双光子激发的过程. 比如在单光子激 发情形 ,NADH 酶在 350nm 的光激发下产生 450nm 的荧光 ,而在双光子激发情形 , NADH 酶则需同时 吸收两个 700nm 的光子才能产生 450nm 的荧光. 这 就是说 ,双光子技术可以使我们无需使用紫外光源
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我今天讲解的文献题目是对生物组织中过氧化氢进行比率成像的一种双光子荧光探针。
背景知识：过氧化氢是活性氧族中的重要一员，活性氧族包括（超氧阴离子自由基、过氧氢自由基、羟基自由基、过氧自由基、单线态氧、次氯酸等）在生物组织的生理衰老及病理方面有着重要的作用。
但是超过细胞正常水平的过氧化氢会引起DNA损伤、突变以及遗传的不稳定性。
1.与其他探针作比较：主要讲了采用硼酸盐机理保护的探针对过氧化氢具有较高的选择性，并在细胞中稳定成像，但是这些探针大多用于单光子显微镜并要求短波长激发，以上这些都限制了它在深入组织中的成像的应用。
与单光子探针比较。
双光子显微镜比单光子显微镜具有穿透力强、定位激发以及延长观察时间等大量优点而在检测活细胞组织中的过氧化氢方面具有很好的应用前景。
2.探针设计要求：对过氧化氢高效的双光子探针应具有以下特点：在水溶液缓冲剂中具有足够大的溶解性、对过氧化氢具有较高的选择性、有较高的双光子活性横截面和在生物PH范围内有较稳定的光谱性质。
探针的合成：通过过氧萘引入含有硼酸基的氨基甲酸酯合成了AN1。
与过氧化氢相连的硼酸盐与缺电子的氨基甲酸酯分离会得到富电的AN1，引起更多红移荧光散射。
并在模拟生理环境下表征它的光学特性以及AN1的光学特性，而且PN1相对AN1发生了50nm的蓝移。
AN1相对PN1有较大的位移是因为更稳定的电荷转移激发前荧光团的形态包括给电子基和吸电子基。
荧光性能测定：PN1与过氧化氢的反应主要通过发射荧光和液相色谱-质谱仪检测，产物AN1是主要的荧光物。
其他性能测定：1然后我们估测PN1在双光子模式下对过氧化氢的探测能力。
2PN1要比其他活性氧类对过氧化氢有更高的选择性。
2接下来力图利用PN1做双光子探针来检测细胞环境里过氧化氢含量的变化。
为了进一步建立PN1在生物成像领域的应用，我们也做了这个新探针在检测活的组织中过氧化氢含量变化的能力。
结论：最后我们得出结论，我们研究的这种新型双光子探针PN1具有大的荧光活性面、对过氧化氢有一个很明显的有蓝变绿的一个颜色变化过程、对活性氧类具有较好的选择性、低细胞毒性、对生物活性体内PH的变化不敏感等优点。
这个新的探针可以对活细胞以及活组织中的过氧化氢深度范围成像而不受其他生物活性氧类的干扰。
当前的努力主要是利用PN1以及对过氧化氢在复杂生物样本内的荧光成像化学过程的研究。