微型化三光子顯微鏡SUPERNOVA-3000

微型化 三光子顯微鏡SUPERNOVA-3000搭配新穎的光學(xué)構(gòu)型設(shè)計(jì)的微型化三光子探頭,有效增加散射熒光的收集效率,突破微型化三光子顯微鏡成像深度的極限,并且掃描速度快,成像效果清晰。SUPERNOVA-3000的出現(xiàn),使得神經(jīng)科學(xué)的研究人員將可以在保留完整的大腦皮層結(jié)構(gòu)投影的前提下,對(duì)例如涉及海馬或紋狀體結(jié)構(gòu)等,大腦皮層及皮層下方腦區(qū)之間的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行深入研究。

光學(xué)構(gòu)型

由于熒光信號(hào)從深層組織到達(dá)腦表面時(shí)已經(jīng)處于隨機(jī)散射的狀態(tài)，使得顯微物鏡熒光收集效率降低，從而極大限制了成像深度。針對(duì)這一問(wèn)題，經(jīng)典阿貝聚光鏡結(jié)構(gòu)被引入構(gòu)型設(shè)計(jì)中：微型阿貝聚光鏡與簡(jiǎn)化的無(wú)限遠(yuǎn)物鏡密接可以提高散射光的通透效率；阿貝聚光鏡與激發(fā)光路中的微型管鏡部分復(fù)用，可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低損耗?？傮w上，新微型化顯微鏡的散射熒光收集效率實(shí)現(xiàn)了成倍的提升。

微型化 三光子顯微鏡SUPERNOVA-3000特點(diǎn)

Go deeper：更深

-長(zhǎng)波長(zhǎng)飛秒激光光脈沖，鈣成像深度達(dá)到1.2 mm

-穿透整個(gè)小鼠大腦皮層，突破胼胝體，進(jìn)行海馬成像

More freedom：自由運(yùn)動(dòng)下的成像性能

-2.2g 超輕微型化探頭，小動(dòng)物輕松佩戴

-利用ETL實(shí)現(xiàn)三維成像

-光學(xué)設(shè)計(jì)，集成柔性避光光纖、空芯光子晶體光纖、MEMS等技術(shù)

Less damage：非侵入式手術(shù)，輕松上手

-深腦成像只需顱窗手術(shù)，避免植入式GRIN Lens損傷腦組織

-激發(fā)光波長(zhǎng)更長(zhǎng)，更低光毒性

-散射熒光增強(qiáng)收集構(gòu)型，實(shí)現(xiàn)深腦低功率成像

微型化 三光子顯微鏡SUPERNOVA-3000基本參數(shù)

應(yīng)用實(shí)例

對(duì)自由行為小鼠的大腦全皮層和海馬神經(jīng)元功能成像

顯微鏡激發(fā)光路可以穿透整個(gè)小鼠大腦皮層和胼胝體，實(shí)現(xiàn)對(duì)小鼠海馬CA1亞區(qū)的直接觀測(cè)。

上圖：微型三光子顯微成像記錄小鼠大腦皮層L1-L6和海馬CA1的結(jié)構(gòu)和功能動(dòng)態(tài)。CC：胼胝體。綠色代表GCaMP6s標(biāo)記的神經(jīng)元熒光鈣信號(hào)，洋紅色代表硬腦膜、微血管和腦白質(zhì)界面的三次諧波信號(hào)。

視頻1：這是使用微型化三光子顯微鏡拍攝的小鼠大腦從大腦皮層到胼胝體再到海馬CA1亞區(qū)的三維重建。綠色代表GCaMP6s標(biāo)記的神經(jīng)元熒光信號(hào)，洋紅色代表硬腦膜、微血管和腦白質(zhì)界面的三次諧波信號(hào)。左上角顯示成像深度，可以看到，激光進(jìn)入大腦，以硬腦膜作為0點(diǎn)，向下移動(dòng)z軸位移臺(tái)，依次看到了皮層L1至L6分層的神經(jīng)元胞體和微血管，之后看到了胼胝體致密的纖維結(jié)構(gòu)。在穿過(guò)胼胝體后，繼續(xù)向下，終于看到了位于海馬CA1亞區(qū)的神經(jīng)元胞體。

視頻2：左下是小鼠佩戴著微型化三光子探頭，在鼠籠(長(zhǎng)29厘米× 17.5厘米寬× 15厘米高)中自由探索。左上是與此同時(shí)小鼠佩戴的微型化三光子探頭正在對(duì)深度為978μm的海馬CA1亞區(qū)神經(jīng)元熒光鈣信號(hào)進(jìn)行成像（幀率8.35Hz，物鏡后的光功率為35.9mW）。右側(cè)展示了視頻左上中10個(gè)神經(jīng)元的鈣活動(dòng)軌跡，尖峰代表鈣信號(hào)發(fā)放。鈣活動(dòng)軌跡上移動(dòng)的藍(lán)線與小鼠自由行為視頻同步。

上圖：小鼠頂葉皮層第六層神經(jīng)元在抓取糖豆任務(wù)中的不同反應(yīng)類型

視頻3：視頻左側(cè)是佩戴著微型化三光子顯微鏡的小鼠在0.5厘米狹縫中用手抓取糖豆吃。中間是此時(shí)微型化三光子顯微鏡探頭拍攝的PPC腦區(qū)皮層第6層神經(jīng)元（位于650微米深度）熒光鈣信號(hào)（GCaMP6s標(biāo)記的神經(jīng)元，幀率15.93 Hz）。右側(cè)是選取中間圖中5個(gè)神經(jīng)元的鈣活動(dòng)軌跡，其中每條綠線表示一次小鼠的抓取動(dòng)作。移動(dòng)的藍(lán)色線與左圖的小鼠行為視頻以及中間圖中的神經(jīng)元活動(dòng)同步。該視頻以正常(×1)、慢速(×0.5)和快速(×10)的速度播放，以便于查看抓取行為。

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