來(lái)源：激光網(wǎng)原創(chuàng) 　

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

為了解決這個(gè)問(wèn)題，來(lái)自中國(guó)和德國(guó)機(jī)構(gòu)的一組研究人員開(kāi)發(fā)了一種高速 TPM 系統(tǒng)，科學(xué)家可以使用該系統(tǒng)以高時(shí)間分辨率和高空間分辨率觀(guān)察非常快速的生物過(guò)程。

到目前為止，TPM 的性能一直受到其線(xiàn)掃描頻率的限制，以每秒幀數(shù) (fps) 衡量。線(xiàn)掃描頻率是指激發(fā)激光沿一個(gè)方向掃描目標(biāo)樣品的速率。較慢的掃描頻率會(huì)影響顯微鏡的整體 fps，因?yàn)樗€決定了激光在另一個(gè)方向上掃過(guò)的速度。這導(dǎo)致顯微鏡的時(shí)間分辨率與其觀(guān)察框架的大小之間的權(quán)衡。

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

為了提高 TPM 的線(xiàn)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(lèi)型的晶體，其折射率可以通過(guò)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(xiàn)。為了擴(kuò)大顯微鏡的*大幀速率，研究人員采用了DI二個(gè) AOD 進(jìn)行慢軸掃描。為了逐步放大，從種群視圖到具有高空間和時(shí)間分辨率的亞細(xì)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(jì)獲得的速度更快。同時(shí)，切換到基于檢流計(jì)的激光掃描機(jī)制的選項(xiàng)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(xiàn)掃描頻率為 400 kHz，在 250 × 40 像素下的*大幀速率為 10,000 fps。用戶(hù)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(guān)察神經(jīng)元的形態(tài)和活動(dòng)以及單個(gè)紅細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)。高達(dá) 10,000 fps 的幀速率足以精確測(cè)量鈣在神經(jīng)元樹(shù)突中傳播的速度，并可視化血管內(nèi)單個(gè)紅細(xì)胞的軌跡。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，增加線(xiàn)掃描頻率會(huì)降低光漂白率。

實(shí)驗(yàn)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(gè)神經(jīng)元活動(dòng)和血液動(dòng)力學(xué)的定量分析。高速 TPM 可用于復(fù)雜神經(jīng)和血管系統(tǒng)的高分辨率、時(shí)間分辨的亞細(xì)胞研究，提高對(duì)這些領(lǐng)域的科學(xué)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(hào)傳播和血流測(cè)量中的應(yīng)用所證明的那樣，”加州大學(xué)伯克利分校教授 Na Ji 說(shuō)，他也是Neurophotonics的副主編。

該研究發(fā)表在《神經(jīng)光子學(xué)》上。

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

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