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僅重2.6克！我國科學(xué)家研制新一代多色微型化雙光子顯微鏡

2025年08月27日 13:47:56 來源：化工儀器網(wǎng) 作者：宋池 點(diǎn)擊量：5673

我國科學(xué)家成功研制出僅重2.6克的新一代多色微型化雙光子顯微鏡。該設(shè)備首次實(shí)現(xiàn)了在自由活動(dòng)小鼠大腦深處進(jìn)行高分辨率多色同時(shí)成像，這一技術(shù)為研究腦認(rèn)知原理和腦疾病機(jī)制提供了強(qiáng)有力的新工具，具有廣闊的臨床應(yīng)用前景。

　　近日，我國科學(xué)家成功自主研制出僅重2.6克的新一代多色微型化雙光子顯微鏡，首次在自由活動(dòng)的小鼠腦中實(shí)現(xiàn)了高分辨率深區(qū)多色同時(shí)成像。該成果于8月21日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然-方法》(Nature Methods)上在線發(fā)表，論文題為《A versatile miniature two-photon microscope enabling multicolor deep-brain imaging》。
 

 

　　雙光子顯微成像是一種基于雙光子激發(fā)熒光信號(hào)的非線性光學(xué)成像技術(shù)，其核心部件之一是空心光纖，用于傳輸超快激光并激發(fā)被熒光標(biāo)記的細(xì)胞。傳統(tǒng)空心光纖僅能有效傳輸單一波長激光，限制了同時(shí)觀測(cè)多種細(xì)胞或細(xì)胞器的能力。
 
　　為解決這一技術(shù)瓶頸，北京大學(xué)程和平院士與王愛民教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合北京信息科技大學(xué)吳潤龍教授團(tuán)隊(duì)，研發(fā)了一種新型超寬帶反諧振空心光纖。該光纖具有低損耗、低色散和高激光耐受性，可在700–1060納米波段內(nèi)高效傳輸多種波長的飛秒脈沖激光，為多色成像奠定了基礎(chǔ)。
 
　　借助這一突破，團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出第三代微型化雙光子顯微鏡FHIRM-TPM 3.0。該設(shè)備不僅重量輕、可佩戴于自由活動(dòng)的小鼠頭部，還實(shí)現(xiàn)了深至皮層820微米區(qū)域的成像，是目前在不破壞腦組織前提下微型雙光子顯微鏡所達(dá)到的最深記錄。此外，該系統(tǒng)還支持三色同步成像，可同時(shí)捕捉紅、綠、藍(lán)三種熒光信號(hào)。
 
　　在研究實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)利用該設(shè)備對(duì)阿爾茨海默病模型小鼠進(jìn)行觀測(cè)，首次同步記錄了神經(jīng)元鈣信號(hào)、線粒體鈣信號(hào)和淀粉樣斑塊沉積的動(dòng)態(tài)過程，并在疾病早期階段發(fā)現(xiàn)鄰近斑塊的細(xì)胞與線粒體存在活動(dòng)異常。該系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了大視場(chǎng)成像與高分辨率顯微的無縫切換，最大視場(chǎng)可達(dá)1×0.8 mm²，分辨率在0.68–1.46微米之間。
 
　　多色深腦成像能力此前僅能在大型臺(tái)式設(shè)備實(shí)現(xiàn)，本次研究首次在微型化系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)多色激發(fā)與深腦觀測(cè)，為解析復(fù)雜大腦網(wǎng)絡(luò)提供了全新工具。該技術(shù)未來有望廣泛應(yīng)用于腦認(rèn)知原理研究、神經(jīng)疾病機(jī)制解析、藥物效能評(píng)估和腦機(jī)接口等多個(gè)前沿領(lǐng)域。
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