來源：激光網(wǎng)原創(chuàng) 　

雙光子顯微鏡(TPM) 能夠以高分辨率對復雜生物過程進行深層組織成像。然而，可視化一些生物過程的能力，例如亞毫秒級的神經(jīng)活動，除了高分辨率之外還需要高速成像。

為了解決這個問題，來自中國和德國機構(gòu)的一組研究人員開發(fā)了一種高速 TPM 系統(tǒng)，科學家可以使用該系統(tǒng)以高時間分辨率和高空間分辨率觀察非?？焖俚纳镞^程。

到目前為止，TPM 的性能一直受到其線掃描頻率的限制，以每秒幀數(shù) (fps) 衡量。線掃描頻率是指激發(fā)激光沿一個方向掃描目標樣品的速率。較慢的掃描頻率會影響顯微鏡的整體 fps，因為它還決定了激光在另一個方向上掃過的速度。這導致顯微鏡的時間分辨率與其觀察框架的大小之間的權(quán)衡。

在高速 TPM 中，研究人員通過結(jié)合兩種激光掃描模式解決了這一權(quán)衡問題。

為了提高 TPM 的線掃描頻率，研究人員使用二氧化碲 (TeO 2） 水晶。AOD 是一種特殊類型的晶體，其折射率可以通過聲波精確控制。AOD 具有高聲速，使激光能夠在 2.5 μs 內(nèi)掃描框架中的一條線。為了擴大顯微鏡的*大幀速率，研究人員采用了DI二個 AOD 進行慢軸掃描。為了逐步放大，從種群視圖到具有高空間和時間分辨率的亞細胞視圖，研究人員將 AOD 與共振振鏡掃描 (RS) 相結(jié)合。

使用 AOD 控制激發(fā)激光的掃描使激光轉(zhuǎn)向比傳統(tǒng) TPM 中使用的檢流計獲得的速度更快。同時，切換到基于檢流計的激光掃描機制的選項允許以可接受的分辨率和速度掃描樣品的大區(qū)域，從而更容易在切換到 AOD 掃描之前定位感興趣的小區(qū)域。

新型顯微鏡的*大線掃描頻率為 400 kHz，在 250 × 40 像素下的*大幀速率為 10,000 fps。用戶可以在各種掃描設(shè)置之間切換。

為了演示高速TPM，研究人員在基因工程小鼠身上安裝了顱窗，并使用TPM觀察神經(jīng)元的形態(tài)和活動以及單個紅細胞的運動。高達 10,000 fps 的幀速率足以精確測量鈣在神經(jīng)元樹突中傳播的速度，并可視化血管內(nèi)單個紅細胞的軌跡。實驗結(jié)果還表明，增加線掃描頻率會降低光漂白率。

實驗表明，雙光子顯微鏡中 AOD 和 RS 的組合提供了多功能性和精確性，以支持體內(nèi)單個神經(jīng)元活動和血液動力學的定量分析。高速 TPM 可用于復雜神經(jīng)和血管系統(tǒng)的高分辨率、時間分辨的亞細胞研究，提高對這些領(lǐng)域的科學理解。

“基于 AOD 的掃描顯微鏡的新系統(tǒng)代表了成像速度和性能的顯著提高，正如其在體內(nèi)鈣信號傳播和血流測量中的應(yīng)用所證明的那樣，”加州大學伯克利分校教授 Na Ji 說，他也是Neurophotonics的副主編。

該研究發(fā)表在《神經(jīng)光子學》上。

原文章鏈接：http://www.diodelaser.com.cn/optics/20230516/135448.html

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