可突破物鏡標(biāo)定視場(chǎng)極限的大視場(chǎng)高分辨雙光子成像技術(shù)
雙光子成像具備較強(qiáng)的組織穿透能力、較高的分辨率和固有的光學(xué)層析能力,適用于深層組織的活體研究。傳統(tǒng)的雙光子成像能維持細(xì)胞分辨率的視場(chǎng)直徑往往小于1 mm,限制了在大規(guī)模生物成像中的應(yīng)用,如橫跨多個(gè)腦區(qū)神經(jīng)環(huán)路的結(jié)構(gòu)與功能成像。近年來(lái),一些新型技術(shù)通過(guò)設(shè)計(jì)特殊物鏡和相應(yīng)光學(xué)元件,實(shí)現(xiàn)可支持?jǐn)?shù)毫米視場(chǎng)范圍且保持細(xì)胞分辨率的雙光子成像。但這些物鏡并不是常規(guī)的商用光學(xué)元件,加工設(shè)計(jì)復(fù)雜,且使用時(shí)有較高的光學(xué)知識(shí)門(mén)檻,無(wú)法在生物成像研究中得到廣泛應(yīng)用。 針對(duì)這一問(wèn)題,中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院研究員鄭煒團(tuán)隊(duì)提出一種有效的自適應(yīng)光學(xué)方法,可矯正在大掃描角度時(shí)(大視場(chǎng)成像)的離軸像差,從而突破物鏡的標(biāo)定視場(chǎng)限制,在僅集成商用光學(xué)元件的基礎(chǔ)上即實(shí)現(xiàn)視場(chǎng)直徑可達(dá)3.5 mm且維持著800 nm橫向分辨率的雙光子成像。 物鏡是顯微成像系統(tǒng)的核心部件,而物鏡標(biāo)定視場(chǎng)是一個(gè)由物鏡制造商提供的數(shù)值,反映了該物鏡光學(xué)像差得到有效校準(zhǔn)的最大成像視野范圍。在標(biāo)定視場(chǎng)外的區(qū)域雖然仍能探測(cè)到光信號(hào),只是將這部分信號(hào)用于成像時(shí),圖像模糊且存在明顯畸變。為利用這一特性,團(tuán)隊(duì)提出一種分割矯正的無(wú)波前自適應(yīng)光學(xué)補(bǔ)償方法,該方法能高效且穩(wěn)定地恢復(fù)標(biāo)定視場(chǎng)外的圖像質(zhì)量。利用這一方法,研究人員能清晰觀測(cè)到幾乎覆蓋了1/4小鼠大腦的神經(jīng)環(huán)路成像,也能在活體小鼠大腦上監(jiān)測(cè)大規(guī)模分布的小膠質(zhì)細(xì)胞和微血管。該技術(shù)無(wú)需特殊光學(xué)元件,可集成到任一標(biāo)準(zhǔn)的點(diǎn)掃描式光學(xué)顯微鏡中。 ![]() 技術(shù)原理及Thy1-GFP-M小鼠腦片大視場(chǎng)成像結(jié)果 |