Lézer pásztázó sztereó mikroszkóp, amely képes valós idejű 3D képalkotásra
Néhány nappal ezelőtt a Kínai Tudományos Akadémia Xi'an Optikai és Mechanikai Intézetének Állami Kulcsfontosságú Átmeneti Optikai és Fotontechnológiai Laboratóriumának szuperfelbontású képalkotó csapata sikeresen kifejlesztett egy kétfoton gerjesztésű lézeres pásztázó, valós idejű sztereó mikroszkópot. .
Amikor egy laboratóriumi egér egy macska képét látja, hogyan működik az agya? Hogyan továbbítható ez az új információ egy több tízmillió neuront tartalmazó neurális hálózatban? Hogyan használjunk optikai mikroszkópot, hogy bepillantsunk a rejtélybe? Ez a kortárs élettudományi kutatás új kihívások elé állítja az optikai mikroszkópos képalkotási technológiát.
Néhány nappal ezelőtt a Kínai Tudományos Akadémia Xi'an Optikai és Mechanikai Intézetének Állami Kulcsfontosságú Átmeneti Optikai és Fotontechnológiai Laboratóriumának szuperfelbontású képalkotó csapata sikeresen kifejlesztett egy kétfoton gerjesztésű lézeres pásztázó, valós idejű sztereó mikroszkópot. . "Lehetővé teszi számunkra, hogy valós időben figyeljük meg a dinamikus, háromdimenziós mikroszkópos világot, mintha egy háromdimenziós filmet néznénk, fényszeletek és időigényes háromdimenziós képrekonstrukció nélkül." Dr. Yang Yanlong, a csapat egyik fő tagja mondta. Kiderült, hogy a hagyományos fénymikroszkóppal két probléma is van. Az egyik probléma, hogy a képalkotási mélységélesség nagyon kicsi, és a mintának egyszerre csak egy vékony rétege látható, a minta háromdimenziós eloszlása pedig közvetlenül nem látható. Egy másik nehezebb probléma: a háromdimenziós világ emberi észlelésének binokuláris látás útján történő utánzásához a Bessel-nyaláb két irányban kell pásztázni. Ha a képalkotás késleltetése ebben a két irányban túl nagy, az röpke lesz. A fluoreszcens jel nem rögzíthető és pozícionálható pontosan. Például a kétfoton gerjesztésű lézeres pásztázó fluoreszcens mikroszkópiát széles körben alkalmazzák a neuroimagingben és más területeken, amióta az 1990-es években javasolták. A 3D képalkotás befejezéséhez általában több tucat vagy akár több száz réteg 2D-s kép egymásra helyezésére és rekonstruálására van szükség. A teljes 3D-s képalkotási folyamat legalább néhány percet vesz igénybe, a sebessége pedig nagyon lassú, így nem képes megfelelni az élő szervezetek dinamikus 3D-s képalkotásának.” – magyarázta Dr. Yang Yanlong.
A Xi'an Institute of Optics and Mechanics szuperfelbontású képalkotó csoportja, Baoli Yao és Tong Ye kutatók vezetésével, egy megnyújtott fókuszált lézersugarat – Bessel-sugarat – használt a szkennelés befejezéséhez. Vastag 3D minták szeletelése, tiszta képalkotása egyszerre. A Xi'an Optikai és Mechanikai Intézet kutatói leküzdötték a nehézségeket, és megterveztek egy komplex lézeres letapogató berendezést, amely három szabadságfokú gyors pásztázást valósított meg a Bessel-nyalábokon, és ezredmásodperces nagyságrendben képes váltani a kettős látószög között. egy második).
Mit is jelent ez? Laikus kifejezéssel élve, ha egy méh elrepül mellettünk, akkor két szemre van szükségünk, hogy egyszerre lássuk, hogy az agy pontosan érzékelje a helyzetét. Ha a bal és a jobb szem felváltva nyílik és záródik, akkor az agy nem lehet pontosan meghatározni a méhek helyzetét. Az új technikai eszközök "ezredmásodperces szintű" váltása lehetővé teszi, hogy a kétnézetű képalkotás egy pillanat alatt elkészüljön, így a minta háromdimenziós dinamikus változásai valós időben rögzíthetők.
Ez a technológia először valósít meg kettős nézetű lézerszkennelésen alapuló valós idejű sztereomikroszkópos képalkotó és megjelenítő rendszert, háromdimenziós képalkotási sebessége pedig egy-két nagyságrenddel nagyobb, mint a hagyományos pontról pontra szkennelési módszernél. Vagyis a korábban percek-tíz percekig tartó képalkotási folyamat most néhány másodperc alatt befejeződik. Ez a kétfoton sztereomikroszkópos képalkotó rendszer új megfigyelő eszközt biztosít az élő szervezetek háromdimenziós valós idejű képalkotásához és megjelenítéséhez, amely felhasználható a Tranziens neurális jelek neurális hálózatokon való áthaladásának megfigyelésében. Nyilvánvaló, hogy ezt a kutatást a Kínai Tudományos Akadémia „Száz Tehetség Programja” és a Kínai Nemzeti Természettudományi Alapítvány támogatta. Az alapelvek igazolásától, a kulcsfontosságú technológiákban elért áttöréseken át az elvi prototípusok elkészítéséig különféle kapcsolatokon ment keresztül az alapkutatástól az alkalmazásintegrációig.
A kutatócsoport jelenleg a hazai és külföldi releváns tudományos kutatóintézetekkel együttműködve folytat orvosbiológiai alkalmazások kutatását, és reméli, hogy ezt a technológiát a lehető leghamarabb alkalmazni tudják az élő szervezetek háromdimenziós gyors képalkotásának és megjelenítésének területén.
