雙光子成像具備較強(qiáng)的組織穿透能力、較高的分辨率和固有的光學(xué)層析能力，適用于深層組織的活體研究。傳統(tǒng)的雙光子成像能維持細(xì)胞分辨率的視場(chǎng)直徑往往小于1 mm，限制了在大規(guī)模生物成像中的應(yīng)用，如橫跨多個(gè)腦區(qū)神經(jīng)環(huán)路的結(jié)構(gòu)與功能成像。近年來，一些新型技術(shù)通過設(shè)計(jì)特殊物鏡和相應(yīng)光學(xué)元件，實(shí)現(xiàn)可支持?jǐn)?shù)毫米視場(chǎng)范圍且保持細(xì)胞分辨率的雙光子成像。但這些物鏡并不是常規(guī)的商用光學(xué)元件，加工設(shè)計(jì)復(fù)雜，且使用時(shí)有較高的光學(xué)知識(shí)門檻，無法在生物成像研究中得到廣泛應(yīng)用。

針對(duì)這一問題，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院研究員鄭煒團(tuán)隊(duì)提出一種有效的自適應(yīng)光學(xué)方法，可矯正在大掃描角度時(shí)（大視場(chǎng)成像）的離軸像差，從而突破物鏡的標(biāo)定視場(chǎng)限制，在僅集成商用光學(xué)元件的基礎(chǔ)上即實(shí)現(xiàn)視場(chǎng)直徑可達(dá)3.5 mm且維持著800 nm橫向分辨率的雙光子成像。

物鏡是顯微成像系統(tǒng)的核心部件，而物鏡標(biāo)定視場(chǎng)是一個(gè)由物鏡制造商提供的數(shù)值，反映了該物鏡光學(xué)像差得到有效校準(zhǔn)的最大成像視野范圍。在標(biāo)定視場(chǎng)外的區(qū)域雖然仍能探測(cè)到光信號(hào)，只是將這部分信號(hào)用于成像時(shí)，圖像模糊且存在明顯畸變。為利用這一特性，團(tuán)隊(duì)提出一種分割矯正的無波前自適應(yīng)光學(xué)補(bǔ)償方法，該方法能高效且穩(wěn)定地恢復(fù)標(biāo)定視場(chǎng)外的圖像質(zhì)量。利用這一方法，研究人員能清晰觀測(cè)到幾乎覆蓋了1/4小鼠大腦的神經(jīng)環(huán)路成像，也能在活體小鼠大腦上監(jiān)測(cè)大規(guī)模分布的小膠質(zhì)細(xì)胞和微血管。該技術(shù)無需特殊光學(xué)元件，可集成到任一標(biāo)準(zhǔn)的點(diǎn)掃描式光學(xué)顯微鏡中。

技術(shù)原理及Thy1-GFP-M小鼠腦片大視場(chǎng)成像結(jié)果

相關(guān)成果以Exploiting the potential of commercial objectives to extend the field-of-view of two-photon microscopy by adaptive optics為題，發(fā)表在Optics Letters上。研究由深圳先進(jìn)院、香港理工大學(xué)聯(lián)合完成，得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、廣東省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等項(xiàng)目支持。

審核編輯 ：李倩