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深圳先进院郑炜研究员团队研发大视场双光子显微成像技术

作者:叶世蔚    发布时间:2022-05-31 14:47:59    浏览量:51次

5月12日,中国科学院深圳先进技术研究院郑炜研究员团队在Optics Letters上发表了题为Exploiting the potential of commercial objectives to extend the field-of-view of two-photon microscopy by adaptive optics文章,报道了一种可突破物镜标定视场极限的大视场高分辨双光子成像技术。

双光子成像因其具备较强的组织穿透能力、较高的分辨率和固有的光学层析能力非常适用于深层组织活体研究。然而传统的双光子成像能维持细胞分辨率的视场直径往往小于1 mm限制了该技术在大规模生物成像中的应用,比如横跨多个脑区神经环路的结构功能成像近年来,一些新型技术通过设计特殊物镜和相应光学元件,实现了支持数毫米视场范围且保持细胞分辨率的双光子成像。但是这些物镜并不是常规的商用光学元件,不仅加工设计复杂,而且使用时也有较高的光学知识门槛限制,使得这些系统无法在生物成像研究中得到广泛应用。

针对这一问题,姚靖(第一作者)、叶世蔚博士(通讯作者)等人提出了一种有效自适应光学方法,可以矫正在大扫描角度时(大视场成像)离轴像差,从而突破物镜的标定视场限制,在仅集成商用光学元件的基础上就实现了视场直径可达3.5 mm维持着800 nm横向分辨率的双光子成像。

物镜是显微成像系统的核心部件,而物镜标定视场一个由物镜制造商提供的数值,反映物镜光学像差得到有效校准的最大成像视野范围。在标定视场外的区域虽然仍能探测到光信号,只是将这部分信号用于成像时,图像模糊且存在明显畸变。为了利用这一特性,团队提出了一种分割矫正的无波前自适应光学补偿方法,该方法能高稳定恢复标定视场的图像质量(图1a))。利用这一技术,研究人员能清晰观测到了几乎覆盖了1/4小鼠大脑的神经环路成像(图1b)),也能在活体小鼠大脑上监测大规模分布小胶质细胞和微血管。该技术无需特殊光学元件,可以集成任一标准的点扫描式光学显微镜中

该工作得到了国自然重大科研仪器、国自然重大研究计划以及广东省重点实验室等项目的支持,是由中国科学院深圳先进技术研究院和香港理工大学联合完成的。

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1 技术原理aThy1-GFP-M小鼠脑片大视场成像结果b

 

论文链接:https://opg.optica.org/ol/fulltext.cfm?uri=ol-47-4-989&id=469460