可突破物鏡標(biāo)定視場極限的大視場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，如橫跨多個腦區(qū)神經(jīng)環(huán)路的結(jié)構(gòu)與功能成像。近年來，一些新型技術(shù)通過設(shè)計特殊物鏡和相應(yīng)光學(xué)元件，實現(xiàn)可支持?jǐn)?shù)毫米視場范圍且保持細(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)計復(fù)雜，且使用時有較高的光學(xué)知識門檻，無法在生物成像研究中得到廣泛應(yīng)用。

針對這一問題，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院研究員鄭煒團(tuán)隊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（大視場成像）的離軸像差，從而突破物鏡的標(biāo)定視場限制，在僅集成商用光學(xué)元件的基礎(chǔ)上即實現(xiàn)視場直徑可達(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)定視場是一個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)定視場外的區(qū)域雖然仍能探測到光信號，只是將這部分信號用于成像時，圖像模糊且存在明顯畸變。為利用這一特性，團(tuán)隊提出一種分割矯正的無波前自適應(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)定視場外的圖像質(zhì)量。利用這一方法，研究人員能清晰觀測到幾乎覆蓋了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)測大規(guī)模分布的小膠質(zhì)細(xì)胞和微血管。該技術(shù)無需特殊光學(xué)元件，可集成到任一標(biāo)準(zhǔn)的點掃描式光學(xué)顯微鏡中。

技術(shù)原理及Thy1-GFP-M小鼠腦片大視場成像結(jié)果

相關(guān)成果以Exploiting the potential of commercial objectives to extend the field-of-view of two-photon microscopy by adaptive optics為題，發(fā)表在Optics Letters上。研究由深圳先進(jìn)院、香港理工大學(xué)聯(lián)合完成，得到國家自然科學(xué)基金委、廣東省重點實驗室等項目支持。

審核編輯 ：李倩