Лазерний скануючий стереомікроскоп із можливістю 3D-зображення в реальному часі
Кілька днів тому команда із створення зображень із надвисокою роздільною здатністю Державної ключової лабораторії оптики перехідних процесів і фотонної технології Сіаньського інституту оптики та механіки Китайської академії наук успішно розробила стереомікроскоп із двофотонним збудженням, скануючим у режимі реального часу. .
Коли лабораторна миша бачить зображення кота, як працює її мозок? Як ця нова інформація передається в нейронній мережі, що містить десятки мільйонів нейронів? Як за допомогою оптичного мікроскопа зазирнути в таємницю? Це сучасні дослідження в галузі науки про життя ставлять перед технологією оптичної мікроскопії нові виклики.
Кілька днів тому команда із створення зображень із надвисокою роздільною здатністю Державної ключової лабораторії оптики перехідних процесів і фотонної технології Сіаньського інституту оптики та механіки Китайської академії наук успішно розробила стереомікроскоп із двофотонним збудженням, скануючим у режимі реального часу. . «Це дозволяє нам спостерігати за динамічним тривимірним мікроскопічним світом у реальному часі, як за переглядом тривимірного фільму, без світлових фрагментів і трудомісткої реконструкції тривимірного зображення». Доктор Ян Яньлун, основний член команди, сказав. Виявилося, що звичайна світлова мікроскопія страждає від двох проблем. Одна з проблем полягає в тому, що глибина різкості зображення дуже мала, і за один раз можна побачити лише тонкий шар зразка, а тривимірний розподіл зразка неможливо побачити безпосередньо. Ще одна більш складна проблема: щоб імітувати людське сприйняття тривимірного світу через бінокулярний зір, промінь Бесселя потрібно сканувати в двох напрямках. Якщо часова затримка зображення в цих двох напрямках є занадто великою, вона буде швидкоплинною. Флуоресцентний сигнал неможливо точно зафіксувати та позиціонувати. Наприклад, лазерна скануюча флуоресцентна мікроскопія з двофотонним збудженням широко використовується в нейровізуалізації та інших галузях, оскільки вона була запропонована в 1990-х роках. Щоб завершити 3D-зображення, зазвичай потрібні десятки або навіть сотні шарів 2D-зображень, які потрібно накласти та реконструювати. Весь процес 3D-зображення займає принаймні кілька хвилин, і швидкість дуже низька, тому він не може відповідати динамічним 3D-зображенням живих організмів", – пояснив доктор Ян Янлун.
Команда із створення зображень із надвисокою роздільною здатністю Сіаньського інституту оптики та механіки під керівництвом дослідників Баолі Яо та Тонг Є використала подовжений сфокусований лазерний промінь — промінь Бесселя, щоб завершити сканування. Нарізка, чітке зображення товстих 3D зразків за один раз. Дослідники з Сіаньського інституту оптики та механіки подолали труднощі та розробили складний лазерний скануючий пристрій, який реалізував швидке сканування пучків Бесселя з трьома ступенями свободи та міг перемикатися між подвійними кутами огляду на порядку мілісекунд (тисячні частки секунда).
Що це значить? Говорячи простою мовою, якщо бджола пролітає повз нас, нам потрібні два ока, щоб побачити її одночасно, щоб мозок міг точно сприйняти її положення. Якщо ліве і праве око відкриваються і закриваються по черзі, мозок буде неможливо точно визначити положення бджіл. Перемикання нових технічних засобів на «рівні мілісекунд» дозволяє миттєво завершити подвійне зображення, щоб можна було зафіксувати тривимірні динамічні зміни зразка в реальному часі.
Ця технологія вперше реалізує систему стереомікроскопічних зображень і відображення в режимі реального часу на основі лазерного сканування подвійного огляду, а її швидкість тривимірного зображення на один-два порядки вище, ніж у традиційного методу точкового сканування. Тобто процес створення зображення, який раніше займав від хвилин до десятків хвилин, тепер можна завершити за кілька секунд. Ця двофотонна стереомікроскопічна система зображення надає новий інструмент спостереження для тривимірного зображення та відображення живих організмів у реальному часі, який можна використовувати для спостереження за проходженням тимчасових нейронних сигналів через нейронні мережі. Зрозуміло, що це дослідження було підтримано «Програмою сотень талантів» Академії наук Китаю та Національним фондом природничих наук Китаю. Від перевірки основних принципів, проривів у ключових технологіях до завершення принципових прототипів, він пройшов через різні зв’язки від фундаментальних досліджень до інтеграції додатків.
В даний час дослідницька група проводить спільне дослідження біомедичних застосувань з відповідними науково-дослідними установами в країні та за кордоном і сподівається якнайшвидше застосувати цю технологію в області швидкого тривимірного зображення та відображення живих організмів.
