في الآونة الأخيرة ، البروفيسور وو Runlong فريق من جامعة بكين لتكنولوجيا المعلومات ، جنبا إلى جنب مع البروفيسور شياو shumin فريق من معهد هاربين للتكنولوجيا ، البروفيسور وانغ ايمن فريق من جامعة بكين ، البروفيسور فنغ Lishuang فريق من جامعة بكين للملاحة الجوية والفضائية ، نجحت في تطوير الجيل الثاني من microlens مركب ثنائي الفوتون المجهر ( meta-m2pm 2.0 ) ، أول من أدرك superlens microlens ثنائي الفوتون المجهر مجانا سلوك الخلايا العصبية في الفئران مع ارتفاع نسبة الإشارة إلى الضوضاء التصوير . وأظهرت النتائج أن superlens لم تعد مجرد مفهوم المختبر ، ولكن يمكن أن تدعم وظيفة الدماغ التصوير مع جودة عالية و السلوك الطبيعي للحيوانات . ورقة بحثية بعنوان " compound metallens based miniature two-photon microscope for large-fov imaging in freely behaving animals " نشرت على الانترنت في photonix ( 5 سنوات متوسط عامل التأثير 19-3 ) .

لقطة من الورق

مصغرة مجهر ثنائي الفوتون أصبح أداة هامة في دراسة الدماغ لتحليل نشاط الخلايا العصبية في الدماغ من الحيوانات في مواقف السلوك . في الوقت الحاضر ، عالية الأداء المجهر ثنائي الفوتون micromation حققت اختراقات مثل ارتفاع القرار المكانية والزمانية^[1-3]ومع ذلك ، القائمة عالية الأداء المجهر ثنائي الفوتون لا تزال تواجه مشكلة " لا يمكن الحصول على كل من الأسماك و الدب النخيل " - من الصعب تحقيق التوازن بين التصوير عالية الأداء مع مزيد من خفيفة الوزن من التحقيق .^{[ 1 ]}FHIRM-TPM 2.0 重2.45g^{[ 2 ]}FHIRM-TPM 3.0 重2.6g^[3]、 كاليفورنيا 2P مينيسكوب يزن حوالي 4G^[4]ولذلك ، فإنه من الصعب أن تطبق على multibrain الملاحظات على وزن الحيوانات الصغيرة الحساسة مثل الطيور المغردة ، الخفافيش ، الفئران الصغار ، والحيوانات الصغيرة .

سوبر عدسة التكنولوجيا يجعل من الممكن كسر عنق الزجاجة من خلال الاستفادة من مزايا فائقة خفيفة الوزن ، وارتفاع الفتحة العددية ومرنة تصميم انحراف التصحيح . ومع ذلك ، فإن اثنين من الفوتون المجهري على أساس واحد سوبر عدسة لا يمكن حل مشاكل محدودة في مجال الرؤية و انحراف كبير خارج المحور ، مما يحد بشكل كبير من التطبيق العملي .

وقد صمم فريق المشروع " التصوير الثانوي " مركب سوبر عدسة الهندسة المعمارية ( الشكل 1 أ ، ب ) ، الذي يفصل بين المسح والتركيز ، وكسر قيود التوازن بين الوزن ، مجال الرؤية و القرار التقليدية في التصوير المصغر الهندسة المعمارية .

الشكل 1 هيكل وتصميم meta-m2pm 2.0 : ( أ ) رسم تخطيطي من مركب عدسة superstructure لتحقيق نظام التصوير على مرحلتين . ( د ) قطر شعاع الليزر الحادث؛ ممس هو ممس . fovimage هو مجال الرؤية في الطائرة البؤرية . fscan هو البعد البؤري للعدسة الممسوحة ضوئيا . α هو ممس زاوية الميل . ثيتا هو ممس محورين زاوية المسح الضوئي . ( ب ) مخطط المسار الضوئي لمجمع المسبار Meta-M2PM 2.0 . hc-920 جوفاء الألياف المستخدمة في 920 نانومتر انتقال ؛ حزمة الألياف المرنة

الفريق المشترك كذلك تصاميم عالية نسبة الارتفاع إلى العرض سي₃ن₄من خلال تصميم التعاونية من طبقة مزدوجة سوبر عدسة الهدف و زاوية كبيرة سوبر عدسة المسح الضوئي مرآة ( الشكل 2 أ ، ب ) ، مزدوج الطول الموجي الأمثل 920nm متحمس ضوء الفلورسنت جمع 500-560nm يتحقق ، مما يقلل من وزن العدسة الشيئية إلى عُشر التقليدية المنمنمة عدسة الهدف ، و يدقق في الوزن فقط 1.06g ( الشكل 2 ج ، د ) . الجيل الجديد من مركب عدسة المجهر ثنائي الفوتون microminiatured حققت اختراقات عديدة : مجال الرؤية قد توسعت إلى 350 × 330 ميكرومتر²أكثر من 50 مرة من الجيل الأول . مركز القرار الجانبي 1.17 ميكرومتر ، حتى في مجال الرؤية يمكن أن تبقى أكثر من 80 ٪ من القرار ؛ وعلاوة على ذلك ، فإن فريق البحث بشكل واضح القبض على النشاط طويل الأجل التصوير من الخلايا العصبية في هيكل غرامة محور عصبي وعمق 210 ميكرومتر في الفئران الحية ( الشكل 2 ) .

الشكل 2 superlens تلفيق و يدقق في اختبار الأداء : ( أ ) رسم تخطيطي من خلية واحدة . ح هو ارتفاع ( 1 ، 500 نانومتر ) ؛ ل هو طول ( 90-350nm ) ؛ ع هو الفترة ( 400 نانومتر ) . ( ب ) إعداد صورة مجهر مسح بالإلكترون للعدسة الفائقة التشكيل : ( ط ) عرض إيجابي؛ ' 2 ` المراكز الإقليمية؛ ' 3 ` المناطق الهامشية . ( ج ) صور عدسات فائقة ( مو ، وزنها 0.05 غ ) وعدسات fhirm-tpm 3.0-u ( 3.0-u ، وزنها 0.5 غ ) . ( د ) صور لمكونات المسبار 2.0 من طراز Meta-M2PM . ( هـ ) الصورة اليسرى : تصوير هيكلي للقشرة M1 في عمق 154 ميكرومتر للفئران المعدلة وراثيا من طراز TY1-YFPH التي ثبتت على رأسها . الحق : التصوير من الكالسيوم في الخلايا العصبية القشرية الماوس M1 عن gcamp6f 210

في تصوير الدماغ من الفئران مع السلوك الحر ، فريق البحث تتبع نشاط الكالسيوم أكثر من 100 من الخلايا العصبية ، وتحقيق نسبة الإشارة إلى الضوضاء ( الأب ) 7-6 ، ويمكن تتبع نفس الخلايا العصبية على المدى الطويل ( الشكل 3 ألف - جيم ) . بفضل 1.06g الترا ضوء تصميم التحقيق ، مقارنة مع الماضي مصغرة مجهر ثنائي الفوتون ، تأثير القصور الذاتي ميتا - m2pm 2.0 هو تقلص إلى حد كبير ، والاستقرار هو تحسين : في المدى القصير اختبار الاستقرار ، 90 ٪ من مجال الرؤية التشرد أقل من 5 ميكرومتر ، على المدى الطويل عبر السماء رصد التشرد لا أكثر من 10 ميكرومتر ( الشكل 3 ، هـ ) .

الشكل 3 الكالسيوم في التصوير meta-m2pm 2.0 الفئران النشطة : ( أ ) اليسار : صور meta-m2pm 2.0 الفئران ؛ الحق : 12 دقيقة مسار الماوس . ( ب ) اليسار : صورة من عمق 190 ميكرومتر في القشرة M1 للفئران العاملة بحرية؛ صحيح : تقسيم الخلايا العصبية في 122 . ( ج ) نسبة الإشارة إلى الضوضاء ( الأب ) من الخلايا العصبية الكالسيوم العابرين خلال 12 دقيقة من التسجيل . ( د ) نفس مجال الرؤية في القشرة M1 تم تصويرها في أيام مختلفة ، مع دائرة تحديد جزء من نفس الخلايا العصبية التي تم تحديدها مرارا وتكرارا في تجارب مختلفة . ( ﻫ ) استقرار التصوير على المديين القصير والطويل . اليسار : تحليل الاستقرار على المدى القصير من س و ص مجال الرؤية التشرد في 8 تجارب ( كل أكثر من 600 ثانية ) أجريت في ثلاث فئران تحت حقل مفتوح الاستكشاف . الحق : المقابلة ( د ) على المدى الطويل مجال الرؤية التشرد

من خلال الجمع بين التكنولوجيا مع microminiature superlens ثنائي الفوتون التصوير المجهري ، ونحن يمكن تحقيق اختراقات في وقت واحد ، مثل سوبر خفيفة الوزن ، كبيرة في مجال الرؤية ، القشرة العميقة وارتفاع القرار . في هذه الورقة ، superlens التكنولوجيا هو مزيد من التطبيق العملي ، لأول مرة ، superlens microminiatured ثنائي الفوتون المجهر يمكن استخدامها لتصوير وظيفة الدماغ من الحيوانات .

في المستقبل ، superlens التكنولوجيا سوف تمتد إلى العديد من المجالات ، مثل السلوك الحر التصوير متعدد الألوان ، متزامن مراقبة متعددة في الدماغ ، عبر الأنواع ( الخفافيش ، الطيور ، القوارض الأحداث ) تحليل الشبكات العصبية ، والتي من المتوقع أن تلعب دورا هاما في تحليل المبادئ المعرفية في الدماغ ، والتشخيص المبكر لأمراض الدماغ ، تقييم الأدوية العصبية ، وهلم جرا .

الكاتب الأول هو هاو زي يو تشانغ ياو من جامعة بكين للملاحة الجوية والفضائية ، جامعة بكين لتكنولوجيا المعلومات ، ومعهد هاربين للتكنولوجيا ( شنتشن ) ؛ البلاغ المشترك هو البروفيسور وو runlong من جامعة بكين لتكنولوجيا المعلومات ، البروفيسور شياو shumin من معهد هاربين للتكنولوجيا ، أستاذ مشارك في جامعة بكين وانغ ايمن . البروفيسور وو Runlong هو المسؤول عن المشروع البحثي ، الرائدة في مجال تصميم وبناء النظم البصرية الأساسية . البروفيسور شياو shumin يرشد التصميم الأمثل سوبر عدسة . البروفيسور وانغ ايمن قدمت الدعم التقني الحيوي التصوير التجربة . هذا المشروع بدعم من 2030 " الدماغ و الدماغ مثل البحوث " ، بكين مختبر التصوير الطبي الحيوي ، المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين ، بكين مؤسسة العلوم الطبيعية ، وشنتشن مؤسسة البحوث .

[ الرابط الأصلي ]

Hao, Z., Zhang, Y., Zhu, Y. et al. المجهر المصغر الفوتوني القائم على المعادن المركبة للتصوير FOV الكبير في الحيوانات التي تتصرف بحرية. PhotoniX 6، 57 (2025).https://doi.org/10.1186/s43074-025-00218-y

[ المراجع ]

1. زونغ دبليو، وو آر، لي م، هو واي، لي واي، لي جي، وآخرون. مجهر مصغر ثنائي الفوتونات عالية الدقة سريع للتصوير الدماغي في الفئران المتصرفة بحرية. طرق نات. 2017; 14(7):713–9.

2. زونغ دبليو، وو آر، تشن إس، وو جي، وانغ إتش، تشاو ز، وآخرون. المجهر المصغر اثنين من الفوتونات لمجال الرؤية الموسع، متعدد الطائرات والتصوير الدماغي على المدى الطويل. طرق نات. 2021; 18(1):46–9.

3. وو R ، تشاو C ، تشيو S ، تشو Y ، تشانغ L ، فو Q ، وآخرون. مجهر مصغر متعدد الفوتونات يتيح التصوير الدماغي العميق متعدد الألوان. طرق نات. 2025; 22:1935-1943.

4. Madruga BA ، Dorian CC ، Yang L ، Sehgal M ، Silva AJ ، Shtrahman M ، وآخرون. أنظمة المجهر المصغرة 2 فوتون عالية الأداء مفتوحة المصدر للحيوانات التي تتصرف بحرية. نات كومون. 2025; 16(1):7125.