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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 专业学科区 » 物理 » 原子、分子&光学 » 这话怎么理解？“很高光子密度而又不损伤细胞，双光子显微用高能量超快脉冲”
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772968930

金虫 (正式写手)

[求助] 这话怎么理解？“很高光子密度而又不损伤细胞，双光子显微用高能量超快脉冲”

今天参加奥林巴斯显微镜的培训
问了这个问题，结果工程师也没有给出一个满意的答案，于是和工程师两个就开始瞎猜了：

第一：首先假设生物分子的损伤和所使用激光辐射的波长、强度和时间都有关系。但是根据双光子照射时的那句奇怪的话“达到很高的光子密度而又不损伤到细胞，双光子显微镜使用高能量超快脉冲激光器”，波长使用了长波长，长波长对于生物的损伤小，而且对于生物组织来说有的长波长是透明的（例如红外窗口），所以这里先排除波长的伤害了（化为最不重要的因素），那么剩下强度了，强度在条件中瞬时间是很强的，那么不造成损伤的最终原因是不是就是“！！时间短！！”？

第二：双光子激发必须要有很高的光子密度，才能保证同时吸收两个光子，但是过高的光子密度对于生物组织会有伤害（虫友们，为什么伤害也没有说，我们糊涂的猜测啊，是这么回事：光会产生热效应，组织糊了；光会产生光压，组织压得扁了；光会产生化学作用，组织分子变化了失去了功能...)，所以飞秒激光器所指的强度是什么，瞬时间的强度，但是瞬时间的那么高强度就不会造成损伤了，那么损伤是时间的累积函数了？那么我们用激光快速的闪烁一下眼睛（纳秒）不会造成特别大的损害了？因为没有很长的时间累积么...（我记得激光是会灼伤眼睛的，眼睛会晶状体有汇聚作用啊，难道时间没来得及？）

下面就是很矛盾的了，不是自己专业学科的无法理解的事情，所以求教：
“高能量超快脉冲”，这个高能量是指一个脉冲的能量很高么，还是激光的一个脉冲中的脉宽窄，就把原来脉宽很宽的能量压缩到很窄的脉宽，这样就有一个尖锐的平台峰显得高？

这里的能量是指的在这个脉冲所包含的光子数？

飞秒激光器是只产生一个脉冲的时间是飞秒？（是不是很傻？）

激发是飞秒级别的那么检测应该也是飞秒级别的光闸？

假设要双光子产生那么连续的照射是不是也可以的，为什么还要强调飞秒？

糊里巴涂问了一通，希望哪位高手拔刀相助解答....
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一心向着太阳
1楼2013-04-17 19:57:54
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772968930

金虫 (正式写手)
你激发的深度大，但是在组织内部发出的可是可见光子啊，这样不是深度上又浅了，穿透能力又差了么？而且双光子的激发出来的荧光强度应该不是很高啊，检测器是不是也要配得很高级？
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一心向着太阳
2楼2013-04-17 20:03:20
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chenzixuan

铁杆木虫 (小有名气)

【答案】应助回帖

★ ★ ★
感谢参与，应助指数 +1
772968930: 金币+3, ★★★很有帮助, 说的有道理，昨天晚上上网上查了，激光脉冲的几个概念，应该是，但是回答还有缺陷的地方，例如在飞秒条件下，为什么峰值功率很大情况下，不会对细胞造成损伤，姑且认为是现象学观察的结果？ 2013-04-18 16:40:37
双光子采用飞秒级的激光，这种激光光子密度很大，但是平均功率却又很小，这是因为照射的时间短，仅为飞秒级，这样对细胞的损伤就会很小，应该是这样
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himistu
3楼2013-04-18 10:01:45
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greeneese

铁杆木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★ ★
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772968930: 金币+6, ★★★★★最佳答案, 回答还算满意，我也赞同，因为他的回答和现象相符 2013-04-18 16:42:36
这个翻译好奇葩……

用人话来说就是，双光子显微镜用两个或多个光子来激发一次荧光发射（普通荧光则是用一个光子激发一次荧光发射的），这样每个激发光的光子的能量就不用太高；而且双光子显微镜采用短时间的光脉冲来激发（脉冲时间可以低到皮秒乃至飞秒），因为光对生物组织的损伤的首要因素是单个光子的能量，其次是持续照射时间，而单位时间内光子的总流量（对外表现为光的强度，或单位时间内的能量）只是次要因素，所以通过采用双光子、短脉冲，可以在高能量的情况下减小对组织的损伤。
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4楼2013-04-18 10:04:24
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772968930

金虫 (正式写手)
引用回帖:
4楼: Originally posted by greeneese at 2013-04-18 10:04:24
这个翻译好奇葩……

用人话来说就是，双光子显微镜用两个或多个光子来激发一次荧光发射（普通荧光则是用一个光子激发一次荧光发射的），这样每个激发光的光子的能量就不用太高；而且双光子显微镜采用短时间的光脉 ...

回答的很好，起码把光对生物损伤的因素做了一个排序
接下来我要问了，您回答的下面这句话：
“光对生物组织的损伤的首要因素是单个光子的能量，其次是持续照射时间，而单位时间内光子的总流量（对外表现为光的强度，或单位时间内的能量）只是次要因素”来自何处？
有什么根据？是根据现象自己总结的，还是有专门的文献予以研究和解释？如果有请您附上出处（更好的是有文献的链接）

谢谢了，金币不多，下次回答解决，恭送呈上，哈哈
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一心向着太阳
5楼2013-04-18 16:46:54
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772968930

金虫 (正式写手)
引用回帖:
3楼: Originally posted by chenzixuan at 2013-04-18 10:01:45
双光子采用飞秒级的激光，这种激光光子密度很大，但是平均功率却又很小，这是因为照射的时间短，仅为飞秒级，这样对细胞的损伤就会很小，应该是这样

是的，你的意思造成损伤的是平均功率起决定因素，我理解了
峰值功率是很大，但是因为时间短，造成的损伤不显著，微小

但是看到楼下说的光的波长是造成生物组织损伤的首要因素，你是赞同还是不赞同？（当然理解其所指的应该是波长越小，损伤越大）
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一心向着太阳
6楼2013-04-18 16:51:19
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chenzixuan

铁杆木虫 (小有名气)

【答案】应助回帖

引用回帖:
6楼: Originally posted by 772968930 at 2013-04-18 16:51:19
是的，你的意思造成损伤的是平均功率起决定因素，我理解了
峰值功率是很大，但是因为时间短，造成的损伤不显著，微小

但是看到楼下说的光的波长是造成生物组织损伤的首要因素，你是赞同还是不赞同？（当然理解 ...

只要不是紫外光 可见光对细胞的伤害基本都是由能量决定的
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himistu
7楼2013-04-18 16:56:53
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772968930

金虫 (正式写手)
引用回帖:
4楼: Originally posted by greeneese at 2013-04-18 10:04:24
这个翻译好奇葩……

用人话来说就是，双光子显微镜用两个或多个光子来激发一次荧光发射（普通荧光则是用一个光子激发一次荧光发射的），这样每个激发光的光子的能量就不用太高；而且双光子显微镜采用短时间的光脉 ...

您说的我理解了，单位时间内光子的总流量，其实就是波长一定下的峰值功率了，你觉得这个”对于损伤“最不重要所以放到最后了，对吧？

另外请教大儒，一般飞秒激光器的脉冲频率是大多是MHz甚至GHz的重复频率，那么双光子照射的时候，我们重复几次闪烁，就可以获得想要的信号？（也就是单点的采样时间，这个时间内的次数）
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一心向着太阳
8楼2013-04-18 16:57:56
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772968930

金虫 (正式写手)
引用回帖:
7楼: Originally posted by chenzixuan at 2013-04-18 16:56:53
只要不是紫外光 可见光对细胞的伤害基本都是由能量决定的...

那你说，这个能量是单脉冲的能量重要呢，还是平均能量重要？除以时间就是峰值功率和平均功率

通过双光子来看，应该是平均功率起到很大作用

激光眼科手术或者美容手术是不是用的一段时间的平均功率，在一个单点上停留一段时间，几个脉冲叠加上，造成热效应切割？
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一心向着太阳
9楼2013-04-18 17:44:34
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easonchao

金虫 (著名写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★
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772968930: 金币+3, ★★★很有帮助 2013-04-22 22:13:46
3楼正解
功率=强度*时间
时间是e-15量级的飞秒脉冲实际功率并不大
本身组织对于红外的吸收就少 减少了部分损伤
另外双光子的高阶非线性效应决定了成像局域区域 又减少了损伤
只能说双光子比单光子损伤小  不能绝对说不损伤细胞的吧
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http://c.hiphotos.baidu.com/album/s%3D1400%3Bq%3D90/sign=441b71ba0c33874498c52b78613fe288/c9fcc3cec3fdfc03207acc52d43f8794a5c226dd.jpg?v=tbs
10楼2013-04-18 22:14:46
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