-
البريد الإلكتروني
info@tvscope.cn
-
الهاتف
15261811715
-
العنوان
سوبر عرض الأبعاد
Beijing Chaoweijing Biotechnology Co., Ltd
وو runlong فريق تطوير نظام الملاحة في مجال رؤية واسعة مضان
التاريخ:2025-07-15اقرأ:3
معلومات أساسية
مضان تكنولوجيا التصوير ، بما في ذلك واحدة الفوتون ( 1 ف ) ، ثنائي الفوتون ( 2 ف ) وثلاثة الفوتون ( 3 ف ) المجهر ، قد عزز كثيرا من تطوير العلوم العصبية . على وجه الخصوص ، ظهور المجهر الفلوري المصغر يفتح نموذج جديد لمراقبة هيكل الخلايا العصبية و النشاط في الحيوانات الحرة . الاستفادة من كفاءة عالية من فوتون واحد الإثارة ، microminiaturized فوتون واحد المجهر ( m1pm ) يمكن استخدام مصدر الضوء LED لتحقيق ملليمتر واسعة الإضاءة وما يقابلها من التصوير مجال الرؤية ( FOV ) . ومع ذلك ، ويرجع ذلك إلى عدم وجود شريحة البصرية القدرة ، القرار من m1pm التصوير في الجسم الحي محدودة . ثنائي الفوتون التصوير لديها القدرة الكامنة في شريحة البصرية و اختراق الأنسجة العميقة ، من بينها ، microminiatured ثنائي الفوتون المجهر ( m2pm ) قد أدرك التصوير من نقاط الاشتباك العصبي في أدمغة الفئران الحرة الحركة . هذه التكنولوجيا يمكن أن تزيد من مجال الرؤية إلى 1 × 0.8mm2 ، وتحقيق متزامن التصوير ثلاثي الألوان ، والوصول إلى عمق التصوير 854 ميكرومتر . وبالإضافة إلى ذلك ، microminiatured ثلاثة فوتون المجهر ( m3pm ) يستخدم ثلاثة فوتون تأثير لجعل عمق التصوير أكثر من 1 ملم .
الميكروسكوب متعدد الفوتون يلعب دورا متزايد الأهمية في تصوير الحيوانات الحرة ، ومع ذلك ، لا يزال هناك العديد من التحديات في التطبيق العملي . إن multiphoton المجهر ممتازة مع شريحة البصرية القدرة يؤدي إلى عمق ضحل نسبيا ( من 3 إلى 20 ميكرومتر ، يحددها محوري القرار ) و مجال الرؤية عادة ما تكون أقل من 1 مم 2 . في غياب التوجيه ، فإنه لا يزال من الصعب العثور بسرعة على منطقة الفائدة المستهدفة ( بالارقام ) في الفضاء ثلاثي الأبعاد عبر عدة ملليمترات من الجمجمة أو التدرج متغير مؤشر العدسة ( غرين لينز ) . ولا سيما بالنسبة للباحثين عديمي الخبرة ، وتحديد العائد على الاستثمار و تركيب الميكروسكوب على رأس الفأر يمكن أن يستغرق عشرات أو حتى ساعات ، مما يحد بشكل كبير من استخدام هذه التكنولوجيا في دراسة الحيوانات الحرة .
من أجل حل هذه المشكلة ، فريق التطوير في وقت مبكر من العمل في مجال واسع ( WF ) عدسة الهدف و M2P رئيس شنت جهاز مايكرو الهدف ( fhirm-tpm ) جنبا إلى جنب لخلق مجال واسع مضان جهاز التصوير لتحديد المواقع . ومع ذلك ، بسبب محدودية مجال الرؤية ( حوالي 150 ميكرومتر ) في وقت مبكر من الميكروسكيل عدسة الهدف ، فإنه لا يزال من الصعب العثور على منطقة الفائدة بسرعة في عدة ملليمترات واسعة الجمجمة النافذة . وعلاوة على ذلك ، فإن عملية التحول إلى m2pm التصوير يتطلب المزيد من الانحناء من الألياف البصرية بسبب محدودية نطاق العمل ( حوالي 37.5mm ) من مجال واسع عدسة الهدف ، مما يجعل العملية أكثر صعوبة . في الآونة الأخيرة ، زونغ et al . عرض طاولة دوارة لتثبيت M2P M2 ارتداء الأجهزة ، وتحسين التوافق مع مناطق معينة من الدماغ من خلال تعديل زاوية . وعلى الرغم من هذه التطورات ، لا تزال هناك تحديات في سرعة تحديد مناطق الاهتمام في الدماغ ثلاثي الأبعاد ، مما أدى إلى منحنى التعلم حاد للباحثين الجدد . وبالإضافة إلى ذلك ، فإن العمل الحالي مسافة م 2 / 3 م أقل من 2 ملم ، عند استخدام محور Z منصة لتحديد المواقع البؤري ، عينة أو عدسة الهدف هو عرضة للتلف ، ولا سيما بالنسبة للمستخدمين ذوي الخبرة . وبصفة عامة ، من الضروري تطوير منصة التصوير المتعدد الوسائط مع تعزيز وظيفة التوجيه ووضع معيار تدفق العمل من أجل تحقيق كفاءة عالية في التصوير من الحيوانات الحرة .
تصميم نظام متعدد الوسائط منصة التصوير مضان
من أجل حل هذه المشكلة ، فريق التطوير قد صممت منصة التصوير مضان متعدد الوسائط ، ودمج نظام الملاحة في مجال واسع مضان من أجل الاستفادة الكاملة من مزايا فوتون واحد الإثارة ، WF نافع نظام مجهز كبير مجال الرؤية و خلية واحدة القرار ، والتي يمكن التعرف بسرعة على مناطق معينة من الفائدة . مرة واحدة في المنطقة المستهدفة ، يمكن للنظام بسهولة التبديل إلى ثنائي الفوتون أو ثلاثي الفوتون التصوير ، مما يؤدي إلى ارتفاع نسبة الإشارة إلى الضوضاء أو التصوير العميق الخلايا العصبية . ثم m2pm أو m3pm مسبار ثابت على رأس الفأر ، والإفراج عن الفئران مجانا التصوير .
تصميم نظام التصوير مضان متعدد الوسائط
تصميم نظام الملاحة في مجال واسع مضان
إن wf-nav النظام يتكون من حقل واسع المجهر متعدد الألوان ، متعدد الوظائف محول . في هذا النظام ، ثلاثة المصابيح تستخدم مصدر الإثارة ( 405nm 473nm , 561nm , و شبه كروي عدسة المكثف مع الفتحة العددية العالية المستخدمة في الموازاة شعاع ضوء الصمام . من أجل تحقيق مجال الرؤية الكبيرة الملاحة وتوفير مساحة كافية للتبديل السلس متعدد الفوتون مرآة مجموعات ، فريق التطوير قد صممت نوع جاف عدسة الهدف مع مسافة طويلة وانخفاض التكبير . العدسة الشيئية ( 3.3x ) تعتمد على تصميم معكوس تليفوتوغرافي . الجبهة مجموعة يوفر قوة سلبية على اثنين من العدسات اللاصقة ، و المجموعة الخلفية تتكون من قطعة واحدة عدسة كروية . هذا الهيكل يتحرك الطائرة الرئيسية إلى الوراء لتصحيح انحراف لوني ، يدرك العمل مسافة طويلة جدا فعالة الطول البؤري مع الحفاظ على الفتحة العددية ، وأخيرا يحقق اختراق الهدف من 90 ملم العمل بالجو ، ويدرك أقصى مجال التصوير فاي 5.64mm . . . . . . .
الشكل 2 - تصميم واسعة المجال المجهري مضان
من أجل تحقيق سلس التبديل بين وضع حقل واسع و multiphoton وضع التصوير ، صمم فريق متعدد الوظائف محول . محول يربط مجال واسع عدسة الهدف و ينظم التركيز على محور Z الكهربائية منصة . من خلال تصميم موحد m2 / 3pm التحقيق ، التحقيق يمكن أن تكون ثابتة على نفس الإطار ، وضمان التصوير البؤري عند التبديل بين multiphoton واسعة النطاق واسطة .
الشكل 3 - محول متعدد الوظائف مع التركيز على وظيفة
هذا 90 ملم عدسة الهدف يوفر مساحة كافية لتشغيل الرأس ، الألياف البصرية ، أو إضافة انفصال عدسة التكبير الكهربائية وحدة . رئيس قوس مثبتة على ضوء خطي الكرة انزلاق السكك الحديدية مع الحد الأدنى من انزلاق المقاومة ( حوالي 0.1n ) و 12 ملم بعد التمديد ، وبالتالي تجنب خطر الاصطدام بين العدسة الشيئية و العينة . من خلال استبدال الرأس حامل ، يمكن للنظام أن تكون متوافقة مع مختلف أجزاء الرأس ، مثل mini2p و m3pm . . . . . . . وعلاوة على ذلك ، ويرجع ذلك إلى حجم قابل للسحب تصميم مصغرة مجهر ثنائي الفوتون ، هذا النظام يوفر أكبر زاوية عرض في معظم الاتجاهات ، مما أدى إلى توسيع نطاق مراقبة عينة من سطح المكتب التقليدية عدسة الهدف . هذا التصميم يمكن أن تحسن بشكل كبير من كفاءة الموقع الخام من العينات .
الشكل 4 مقارنة بين زوايا مختلفة من الهدف و مجهر ثنائي الفوتون
المقبل ، المطور تقييم الخصائص البصرية والتطبيقات العملية من مجال واسع مضان المجهر . الخلايا العصبية و المحاور يمكن تحديدها بوضوح من خلال تصوير الدماغ شرائح thy1-yfph الفئران . في الجسم الحي ، كاليفورنيا ~ ( 2 + ) التصوير في 470nm و صرفي التصوير في 561nm ، 3804 gcamp6f المسمى الخلايا العصبية و 4650 الماوس النجمية عن mcherry تم القبض بنجاح . هذه النتائج تثبت أن مجال واسع المجهر متعدد الألوان ، خلية واحدة القرار ، وارتفاع تدفق القدرة على التصوير ، ويوفر أداء ممتاز في المنطقة المستهدفة من الفائدة الملاحة .
الفيديو 5 . microminiaturized مجال واسع المجهر عالية الإنتاجية التصوير
إنشاء عملية موحدة microphoton التصوير المجهري
من أجل جعل m2pm التصوير أكثر سلاسة في الفئران ، المطور قد وضعت مجموعة موحدة من إجراءات التصوير من أجل تحسين كفاءة m2pm التصوير في الحيوانات الحرة . أولا ، حقن الفيروس و العمليات الجراحية التي أجريت على الحيوانات ، مثل نافذة الجمجمة أو غرين لينز الزرع ، ثم الانتظار لمدة 2-4 أسابيع لضمان التعبير الكامل عن الفيروس و الانتعاش من الإصابة الجراحية . في تجربة واحدة ، على سبيل المثال ، gcamp6s و mcherry وصفت في القشرة الحركية الأولية ( M1 ) الخلايا العصبية ، ثم الفئران كانت ثابتة على المطحنة تحت WF ناف الجهاز . الهدف من منطقة الفائدة ثم يقع و الانحياز إلى مركز المجال البصري من خلال مجال واسع المجهر . ثم يتم تحويلها إلى m2pm واسطة من خلال محول ثنائي الفوتون التصوير تتم في 920nm و 1030nm الأطوال الموجية ، وأخيرا ، س ص المحور البؤري يتم تعديلها بشكل جيد ، وأخيرا المنطقة المستهدفة يمكن تحديدها في غضون دقائق . في معظم الحالات ، الهدف البؤري هو رفع حوالي 25 ميكرومتر لتعويض تركيز التحول الناجم عن انكماش الأسمنت ، ثم قاعدة ثابتة على رأس الحيوان ، بعد حوالي 10 دقائق من التصلب ، الفئران يمكن أن تتحرك بحرية التصوير .
الشكل 6 - توحيد عملية التصوير المجهري ثنائي الفوتون مصغرة مع حرية الحركة .
من خلال التصوير من الكالسيوم إشارات وهياكل الخلايا العصبية في الفئران التجارب الاجتماعية ، وقد ثبت أن هذا النظام يمكن أن يستغرق حوالي 20 دقيقة ، مع نسبة نجاح تصل إلى 100 ٪ ( ن = 15 ) ، حتى الباحثين عديمي الخبرة يمكن السيطرة عليها بسهولة ، وبالتالي زيادة كبيرة في الكفاءة . وعلاوة على ذلك ، فإن تكرار التصوير من الطبقة الثانية من الخلايا العصبية والخلايا النجمية في M1 المنطقة لعدة أيام أظهرت أن المجال البصري تسجيل مستقرة دون إعادة تثبيت قاعدة .
الشكل 7 - نفس المجال البصري التصوير لعدة أيام
بفضل توحيد التصميم الميكانيكي ، m3pm رئيس التصوير يمكن تركيبها بسهولة على قوس . باستخدام محول متعدد الوظائف ، التبديل السلس من حقل واسع إلى ثلاثة الفوتون طريقة التصوير يمكن أن تتحقق . بسبب محدودية عمق التصوير في مجال واسع واحد الفوتون المجهر ، عمق إشارة من الصعب الكشف عنها . على الرغم من أن الأوعية الدموية السطحية يمكن أن تكون بمثابة مرجع ، حقن الفيروس في المنطقة مع الحفاظ على الطبقة السطحية يمكن أن توفر المزيد من علامات الفلورسنت مباشرة ، مما يساعد على محاذاة أعمق على المحور الرأسي . في الفئران التي كانت ثابتة في الرأس و عن gcamp6f ، نجح الباحثون في تسجيل النشاط العصبي في منطقة postsubiculum 1020 ميكرون من سطح القشرة ، وإجراء التجارب الميدانية لاستكشاف سلوك الفئران ، وتسجيل طويلة كاليفورنيا ~ ( 2 + ) إشارة النشاط في عمق 670 ميكرون .
fig.8.micromation ثلاثة فوتون التثبيت و السلوك الحر التصوير
هذا العمل من قبل جامعة بكين لتكنولوجيا المعلومات البروفيسور وو Runlong ( مراسل ) ، جامعة بكين وانغ ايمن ، أستاذ تشنغ خه بينغ ، وآخرون .
[ المراجع ]
Wu R، Sun Y، Hao Z، وآخرون. نظام الملاحة الفلورسنت واسع المجال للتصوير متعدد الفوتونات المصغرة الفعالة في الحيوانات التي تتصرف بحرية. علم الضوء العصبي. 2025; 12(2):025018. دوي: 10.1117/1.NPh.12.2.025018
سوبر فيستا سوف تطبق على نطاق واسع نظام الملاحة في مجال التصغير multiphoton supernova مجموعة كاملة من المنتجات ، بما في ذلك supernova-100 supernova-600 , supernova-3000 , supernova-smart , وهلم جرا . فائدة نموذج يمكن أن تجعل جميع المستخدمين من microminiatured multiphoton المجهر تحقيق أكثر ملاءمة وأكثر أمانا وأكثر كفاءة تجربة التشغيل في عملية التصوير الفعلي .