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我國成功研制多色微型化雙光子顯微鏡
2025年08月22日 14:44:15
來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：3318
中國科學家自主研制的新一代多色微型化雙光子顯微鏡近日取得重大突破，首次實現(xiàn)對自由活動小鼠的深腦高分辨率彩色成像。
歷經(jīng)4年攻關，中國科學家自主研制的新一代多色微型化雙光子顯微鏡近日取得重大突破，首次實現(xiàn)對自由活動小鼠的深腦高分辨率彩色成像。相關成果于21日在線發(fā)表于國際頂級學術期刊《自然-方法》，為解碼大腦復雜功能機制提供了突破性工具。
雙光子顯微成像技術的核心原理，是基于雙光子吸收引發(fā)的熒光激發(fā)，而這一非線性光學過程的關鍵支撐器件之一是空心光纖。科研人員通過光纖內部的微結構約束激光傳輸，使其精準照射到熒光標記的細胞上，進而生成清晰的熒光圖像。不同波長的激光可激發(fā)不同顏色的熒光，但此前的空心光纖僅能傳輸單一波長的超快激光，嚴重限制了多色成像能力。
針對這一瓶頸，北京大學程和平、王愛民團隊聯(lián)合北京信息科技大學吳潤龍團隊自主研發(fā)出了新型超寬帶空心光纖。該光纖具備低損耗、低色散特性，可高效傳輸700至1060納米波長的多種飛秒脈沖激光，以此為基礎研制的多色微型化雙光子顯微鏡，實現(xiàn)了技術上的躍升。過去，受空心光纖功能所限，顯微鏡僅能觀測單類型細胞；如今，不同類型細胞可被標記上不同顏色的熒光，科研人員能直觀捕捉多種細胞間的復雜互動，深入研究其協(xié)同工作機制。
在應用層面，研究人員為患有阿爾茨海默病的小鼠佩戴該顯微鏡，首次同步獲取了神經(jīng)元鈣信號、線粒體鈣信號與斑塊沉積的紅、綠、藍三色動態(tài)影像，并在疾病早期就觀察到斑塊鄰近細胞及線粒體的活動異常——這為阿爾茨海默病的早期病理機制研究提供了直接可視化證據(jù)。
該設備的性能還體現(xiàn)在深度與視場的突破上：團隊在小鼠腦皮層超820微米深度處，成功獲得神經(jīng)元鈣信號與結構成像，這是目前已知在不損傷腦組織前提下，微型化雙光子顯微鏡所能達到的最深成像深度。此外，其鏡頭可無縫切換大視場觀測與高分辨率精細成像，進一步拓展了應用場景。
“多年來，多色熒光標記的無創(chuàng)深腦成像只能依賴大型臺式設備；我們團隊首次攻克了微型化雙光子顯微鏡多色激發(fā)成像的難題，為解析大腦復雜網(wǎng)絡邁出了突破性一步。”北京大學國家生物醫(yī)學成像科學中心主任、中國科學院院士程和平表示。未來，這項技術有望在腦認知原理闡釋、腦疾病機制研究、神經(jīng)藥物評估及腦機接口等領域發(fā)揮重要作用，應用前景廣闊。
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