Laserowy mikroskop stereoskopowy umożliwiający obrazowanie 3D w czasie rzeczywistym
Kilka dni temu zespół obrazowania superrozdzielczego Państwowego Kluczowego Laboratorium Optyki Przejściowej i Technologii Fotonowej Instytutu Optyki i Mechaniki Xi'an Chińskiej Akademii Nauk z powodzeniem opracował dwufotonowy skaningowy laserowy mikroskop stereoskopowy w czasie rzeczywistym .
Kiedy mysz laboratoryjna widzi obraz kota, jak działa jej mózg? W jaki sposób te nowe informacje są przesyłane w sieci neuronowej zawierającej dziesiątki milionów neuronów? Jak za pomocą mikroskopu optycznego zajrzeć do tajemnicy? Oto współczesne badania nauk przyrodniczych stawiają nowe wyzwania technologii obrazowania w mikroskopii optycznej.
Kilka dni temu zespół obrazowania superrozdzielczego Państwowego Kluczowego Laboratorium Optyki Przejściowej i Technologii Fotonowej Instytutu Optyki i Mechaniki Xi'an Chińskiej Akademii Nauk z powodzeniem opracował dwufotonowy skaningowy laserowy mikroskop stereoskopowy w czasie rzeczywistym . „Pozwala nam obserwować dynamiczny, trójwymiarowy mikroskopijny świat w czasie rzeczywistym, tak jak oglądamy trójwymiarowy film, bez lekkich przekrojów i czasochłonnej trójwymiarowej rekonstrukcji obrazu”. – powiedział dr Yang Yanlong, główny członek zespołu. Okazało się, że konwencjonalna mikroskopia świetlna miała dwa problemy. Jednym z problemów jest to, że głębia ostrości obrazowania jest bardzo mała i jednocześnie można zobaczyć tylko cienką warstwę próbki, a trójwymiarowego rozkładu próbki nie można bezpośrednio zobaczyć. Innym trudniejszym problemem jest to, że aby naśladować ludzkie postrzeganie trójwymiarowego świata przez widzenie obuoczne, wiązka Bessela musi być skanowana w dwóch kierunkach. Jeśli opóźnienie czasowe obrazowania w tych dwóch kierunkach jest zbyt duże, będzie ono ulotne. Sygnału fluorescencyjnego nie można dokładnie uchwycić i ustawić. Na przykład skaningowa mikroskopia fluorescencyjna z wzbudzeniem laserowym z dwoma fotonami jest szeroko stosowana w neuroobrazowaniu i innych dziedzinach od czasu jej zaproponowania w latach 90. Aby ukończyć obrazowanie 3D, zwykle wymaga nałożenia i zrekonstruowania dziesiątek, a nawet setek warstw obrazów 2D. Cały proces obrazowania 3D zajmuje co najmniej kilka minut, a prędkość jest bardzo niska, więc nie może sprostać dynamicznemu obrazowaniu 3D żywych organizmów”. Dr Yang Yanlong wyjaśnił.
Zespół zajmujący się obrazowaniem w super rozdzielczości z Xi'an Institute of Optics and Mechanics, kierowany przez badaczy Baoli Yao i Tong Ye, użył wydłużonej skupionej wiązki laserowej — wiązki Bessela, aby zakończyć skanowanie. Jednoczesne cięcie, wyraźne obrazowanie grubych próbek 3D. Naukowcy z Xi'an Institute of Optics and Mechanics pokonali trudności i zaprojektowali złożone laserowe urządzenie skanujące, które realizuje szybkie skanowanie wiązek Bessela z trzema stopniami swobody i może przełączać się między dwoma kątami widzenia rzędu milisekund (tysięcznych części sekunda).
Co to znaczy? W kategoriach laika, jeśli pszczoła przelatuje obok nas, potrzebujemy dwojga oczu, aby zobaczyć ją w tym samym czasie, aby mózg mógł dokładnie określić jej położenie. Jeśli lewe i prawe oko otwierają się i zamykają na przemian, mózg będzie Niemożliwe jest dokładne określenie pozycji pszczół. Przełączanie nowych środków technicznych na „poziomie milisekundy” umożliwia natychmiastowe ukończenie obrazowania w dwóch widokach, dzięki czemu trójwymiarowe dynamiczne zmiany próbki można uchwycić w czasie rzeczywistym.
Technologia ta po raz pierwszy realizuje stereomikroskopowy system obrazowania i wyświetlania w czasie rzeczywistym oparty na skanowaniu laserowym w dwóch widokach, a szybkość obrazowania trójwymiarowego jest o jeden do dwóch rzędów wielkości wyższa niż w przypadku tradycyjnej metody skanowania punkt po punkcie. Oznacza to, że proces obrazowania, który zajmował od kilku do kilkudziesięciu minut, teraz można wykonać w ciągu kilku sekund. Ten dwufotonowy system obrazowania stereomikroskopowego zapewnia nowe narzędzie obserwacyjne do trójwymiarowego obrazowania i wyświetlania żywych organizmów w czasie rzeczywistym, które można wykorzystać do obserwacji przechodzenia przejściowych sygnałów neuronowych przez sieci neuronowe. Rozumie się, że badania te były wspierane przez „Program Setki Talentów” Chińskiej Akademii Nauk i Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin. Od weryfikacji podstawowych zasad, przełomów w kluczowych technologiach, po ukończenie podstawowych prototypów, przeszedł przez różne ogniwa, od badań podstawowych po integrację aplikacji.
Obecnie grupa badawcza prowadzi wspólne badania nad zastosowaniami biomedycznymi z odpowiednimi instytucjami naukowo-badawczymi w kraju i za granicą i ma nadzieję na jak najszybsze zastosowanie tej technologii w dziedzinie trójwymiarowego szybkiego obrazowania i wyświetlania żywych organizmów.
