Laserskannende stereomikroskop i stand til 3D-avbildning i sanntid
For noen dager siden utviklet superoppløsningsbildeteamet til State Key Laboratory of Transient Optics and Photon Technology ved Xi'an Institute of Optics and Mechanics, det kinesiske vitenskapsakademiet med suksess et to-foton eksitasjonslaserskannende sanntids stereomikroskop .
Når en laboratoriemus ser et bilde av en katt, hvordan fungerer hjernen dens? Hvordan overføres denne nye informasjonen i et nevralt nettverk som inneholder titalls millioner nevroner? Hvordan bruke et optisk mikroskop for å kikke inn i mysteriet? Dette er Moderne biovitenskapelig forskning stiller nye utfordringer til optisk mikroskopi avbildningsteknologi.
For noen dager siden utviklet superoppløsningsbildeteamet til State Key Laboratory of Transient Optics and Photon Technology ved Xi'an Institute of Optics and Mechanics, det kinesiske vitenskapsakademiet med suksess et to-foton eksitasjonslaserskannende sanntids stereomikroskop . "Det lar oss observere den dynamiske tredimensjonale mikroskopiske verdenen i sanntid som å se en tredimensjonal film, uten lyse skiver og tidkrevende tredimensjonal bilderekonstruksjon." Dr. Yang Yanlong, et kjernemedlem i teamet, sa. Det viste seg at konvensjonell lysmikroskopi led av to problemer. Et problem er at den avbildende dybdeskarpheten er veldig liten, og bare et tynt lag av prøven kan sees om gangen, og den tredimensjonale fordelingen av prøven kan ikke sees direkte. Et annet vanskeligere problem er: for å imitere den menneskelige oppfatningen av den tredimensjonale verden gjennom kikkertsyn, må Bessel-strålen skannes i to retninger. Hvis tidsforsinkelsen for bildebehandling i disse to retningene er for stor, vil den være flyktig. Det fluorescerende signalet kan ikke fanges opp og plasseres nøyaktig. For eksempel har to-foton eksitasjonslaserskanning fluorescensmikroskopi blitt mye brukt i nevroimaging og andre felt siden det ble foreslått på 1990-tallet. For å fullføre 3D-bilder krever det vanligvis dusinvis eller til og med hundrevis av lag med 2D-bilder som skal legges over og rekonstrueres. Hele 3D-avbildningsprosessen tar minst noen få minutter, og hastigheten er veldig lav, så den kan ikke møte den dynamiske 3D-avbildningen av levende organismer.» Dr. Yang Yanlong forklarte.
Bildeteamet med superoppløsning ved Xi'an Institute of Optics and Mechanics, ledet av forskerne Baoli Yao og Tong Ye, brukte en langstrakt fokusert laserstråle——Bessel-stråle for å fullføre skanningen. Skjæring, klar avbildning av tykke 3D-prøver på en gang. Forskere fra Xi'an Institute of Optics and Mechanics overvant vanskeligheter og designet en kompleks laserskanningsenhet, som realiserte tre-frihetsgraders rask skanning av Bessel-stråler, og kan bytte mellom doble synsvinkler i størrelsesorden millisekunder (tusendeler av et sekund).
Hva betyr dette? I lekmannstermer, hvis en bie flyr forbi oss, trenger vi to øyne for å se den samtidig, slik at hjernen nøyaktig kan oppfatte dens posisjon. Hvis venstre og høyre øyne åpnes og lukkes vekselvis, vil hjernen Det er umulig å nøyaktig bestemme bienes posisjon. Byttingen av de nye tekniske midlene på "millisekundnivå" gjør at dual-view-avbildningen kan fullføres på et øyeblikk, slik at de tredimensjonale dynamiske endringene til prøven kan fanges opp i sanntid.
Denne teknologien realiserer et sanntids stereomikroskopisk bildebehandlings- og displaysystem basert på dual-view laserskanning for første gang, og dens tredimensjonale bildehastighet er en til to størrelsesordener høyere enn den tradisjonelle punkt-for-punkt skanningsmetoden. Det vil si at bildeprosessen som før tok minutter til titalls minutter nå kan fullføres på noen få sekunder. Dette to-foton stereomikroskopiske bildesystemet gir et nytt observasjonsverktøy for tredimensjonal sanntidsavbildning og visning av levende organismer, som kan brukes i Observere overføring av forbigående nevrale signaler gjennom nevrale nettverk. Det er forstått at denne forskningen har blitt støttet av "Hundred Talents Program" til det kinesiske vitenskapsakademiet og National Natural Science Foundation of China. Fra verifisering av grunnleggende prinsipper, gjennombrudd i nøkkelteknologier, til ferdigstillelse av prinsipielle prototyper, har den gått gjennom ulike koblinger fra grunnleggende forskning til applikasjonsintegrasjon.
For tiden driver forskergruppen samarbeidsforskning på biomedisinske anvendelser med relevante vitenskapelige forskningsinstitusjoner i inn- og utland, og håper å kunne anvende denne teknologien til feltet tredimensjonal rask avbildning og visning av levende organismer så snart som mulig.
