双光子荧光ppt课件

3.2 优点
• (4)双光子荧光可以避免普通荧光成像中的荧光漂 白问题和对生物细胞的光致毒问题；
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1990年,美国康奈尔大学Denk等提出将双光子激发现 象应用到共焦激光扫描显微镜中,开辟了双光子荧光显微 和成像这个崭新的领域。
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图2a 双光子吸收 图2b 单光子吸收 S 单重态能级 T 三重态能级 V 虚拟中间态 hv 吸收光能量 Fl 荧光 Ph 磷光 Ⅺ 系间窜越
荧光物质在吸收了与其能级结 构匹配的能量后，电子由基态 S0被激发至激发态S1，经过辐 射跃迁后电子又回到基态S0， 这一过程中发射出荧光。与单 光子荧光不同，双光子吸收过 程中，基态与激发态之间存在 一个虚能态, 通过两个光子的 能量进行叠加而使处于基态的 电子达到激发态。
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3 双光子荧光的特点及优点
3.1 特点：
(1)双光子吸收的辐射光源一般在可见-近红外区 (≥800nm)；
(2)双光子吸收的强度与激发光强的平方成正比，是 一种非线性吸收，荧光强度比单光子吸收强；
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2 双光子荧光基本原理
2.1 单、双光子荧光的介绍
• 在一般的荧光现象中，由于激发光的光子密度低，一个荧 光分子只能同时吸收一个光子，再通过辐射跃迁发射一个 荧光光子 ，就是单光子荧光。
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近年来,有机双光子吸收材料在诸多领域,尤其 是双光子荧光显微和成像中的应用得到了广泛的关 注。设计和合成双光子吸收截面大和上转换荧光强 的有机分子能大大促进双光子荧光显微成像在生物 系统中的应用,包括单分子检测、免疫测定、DNA片 断测定、化学和生物传感器、生物微芯片、毛细管 分离检测等。
在大量的实验和理论研究基础上,人们总结出有 机双光子吸收材料的一些结构-性能关系,提出了许 多行之有效的设计及合成策略,大大推动了双光子吸 收应用的发展。
当 使 用 光 波 长 为 图 (a) 中 激 发 光 波长两倍的光，对相同物质进行 激发时，由于所使用光波的光子 能量仅为原来的一半，无法通过 单光子过程使基态电子激发到激 发态。只有在光子密度极高的情 况下，基态的电子可以同时吸收 两个光子，使处于基态的电子跃 迁至激发态，这种现象如图 (b) 所示。
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双光子荧光产生原理：荧光分子吸收第一个光子后，跃迁 到虚能级上，该能级仅能存在几飞秒，便自动返回基态， 第二个光子必须在这几飞秒内与虚能级上的分子作用，从 基态跃迁到激发态，能量较大的激发态分子,通过内转换 使自己回到最低电子激发态的最低振动能级。处于此能级 的分子不是通过内转换的方式来消耗能量，回到基态，而 是通过发射出相应的光量子来释放能量，回到基态的各个 不同的振动能级时，就发射荧光。
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3.2 优点
• (3)长波长光源作为双光子荧光的激发光源，可以 避免样品中激发波长较低的自发荧光物质的干扰；
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• 与单光子相比，双光子激发过程就是基态荧光分子或原 子同时吸收两个光子激发至激发态，通过弛豫过程，辐 射出频率略小于两倍入射光频率的荧光光子。比如对 NADH酶，在单光子激发情形下，需在350 nm的光激发下 产生450nm 的荧光。而在双光子激发情形下，可采用光 损伤较小的红外或近红外光，如700nm 的激光来激发得 到的450 nm荧光。
1 双光子荧光背景介绍
双光子吸收是指在强光激发下,介质分子同时吸收两 个光子,从基态跃迁到两倍光子能量的激发态的过程。
早在1931年, Gppert Mayer 就在理论上预言了双光 子吸收的存在。
直到上世纪60年代初激光器出现后,才由Kaiser等首 先从实验上证实了双光子吸收过程。然而,由于一般材料 的双光子吸收截面很小,双光子吸收的实际应用受到限制, 使双光子吸收研究一直停留在基础研究水平。
3.2 优点
(1)由于激发光源波长较长，受光散射影响较小，使 得入射光的损耗较小，在介质中的穿透性较好；
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3.2 优点
• (2)双光子荧光使用红外激光作为激发光源，能大 大地降低生物组织对激发光的吸收，可获得较强 的样品荧光；
2.2 双光子吸收的示 意图
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• 图(a)为单光子激发过程。在激 光照射下，基态分子或原子吸收 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 过程就是单光子激发。
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双光子荧光
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目录
1.研究背景 2.基本原理 3.特点及优点 4.应 用
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