Photonics Research | 深圳先進院鄭煒研究員團隊研發了梯度光場編碼的雙光子快速三維成像技術
近日，中國科學院深圳先進技術研究院鄭煒研究員團隊在Photonics Research上發表了題為“Axial gradient excitation accelerates volumetric imaging of two-photon microscopy”的文章，報道了一種基于激發光梯度編碼的快速三維成像技術，可以使雙光子體成像速度比傳統技術提升5-10倍。深圳先進院醫工所光學中心助理研究員高玉峰、夏先園并列為論文第一作者，副研究員李慧和研究員、中心主任鄭煒為通訊作者。
雙光子顯微鏡具有亞微米級的成像分辨率和毫米級的成像深度，被廣泛應用在神經結構和功能成像以及其他活體成像研究中。傳統的雙光子三維成像是將雙光子激發的焦點在樣品中進行逐層的二維掃描來實現的，這種三維成像方法不僅速度受限而且增加了樣品暴露在高能激光中的時間，對生物組織造成光損傷和光漂白，不利于活體組織的長時間成像。針對該問題，高玉峰等人提出一種新型的梯度光場雙光子顯微成像技術。該技術只需要進行兩次二維掃描即可獲得樣品的三維信息，實現了比傳統雙光子顯微鏡高5-10倍的三維體成像速度，并且極大降低了激光對樣品的損害。
在生活中我們可以利用編碼來確定位置，與此類似，梯度光場技術設計了一對軸向拉長并且強度梯度變化的焦點，利用這對焦點的強度變化來編碼并解析出物體的位置。
圖（a）：梯度光場雙光子顯微成像原理
圖（b）：巨噬細胞吞噬小球過程
圖（c）：小球的運動軌跡
圖（d）：小球運動軌跡的量化與評估
如圖（a）所示，橫向掃描第一個梯度焦點得到的圖像中，位置較淺處的樣品熒光強度強，位置較深處的樣品熒光強度弱，第二個焦點對應的圖像則正好相反。兩幅圖像的和反映了樣品的真實三維熒光強度，圖像的比值則反映了熒光的深度信息。該方法可以一次分辨深度12微米內三維信息，熒光點軸向定位精度為0.63微米。梯度光場雙光子顯微鏡非常適合活體細胞的三維成像，在觀測巨噬細胞吞噬熒光小球的實驗中，能夠快速捕捉熒光小球在巨噬細胞內外的三維運動軌跡，并精確定量出巨噬細胞運載小球的速度。
該工作得到了國自然重大科研儀器、國自然重大研究計劃以及廣東省重點實驗室等項目的支持，是由中國科學院深圳先進技術研究院醫工所、腦所以及中國科學院遺傳與發育生物學研究所聯合完成的。
論文鏈接：http://www.researching.cn/EN/Article/OJ413c742e927b56cd
