深圳先进院郑炜研究员团队研发大视场双光子显微成像技术
近日，中国科学院深圳先进技术研究院郑炜研究员团队在optics letters上发表了题为“exploiting the potential of commercial objectives to extend the field-of-view of two-photon microscopy by adaptive optics”的文章，报道了一种可突破物镜标定视场极限的大视场高分辨双光子成像技术。姚靖博士为论文第一作者，深圳先进院助理研究员叶世蔚博士为通讯作者。
双光子成像因其具备较强的组织穿透能力、较高的分辨率和固有的光学层析能力，非常适用于深层组织的活体研究。然而，传统的双光子成像能维持细胞分辨率的视场直径往往小于1 mm，限制了该技术在大规模生物成像中的应用，比如横跨多个脑区神经环路的结构与功能成像。近年来，一些新型技术通过设计特殊物镜和相应光学元件，实现了可支持数毫米视场范围且保持细胞分辨率的双光子成像。但是这些物镜并不是常规的商用光学元件，不仅加工设计复杂，而且使用时也有较高的光学知识门槛限制，使得这些系统无法在生物成像研究中得到广泛应用。
针对这一问题，姚靖、叶世蔚等人提出了一种有效的自适应光学方法，可以矫正在大扫描角度时（大视场成像）的离轴像差，从而突破物镜的标定视场限制，在仅集成商用光学元件的基础上就实现了视场直径可达3.5mm且维持着800nm横向分辨率的双光子成像。
物镜是显微成像系统的核心部件，而物镜标定视场是一个由物镜制造商提供的数值，反映了该物镜光学像差得到有效校准的最大成像视野范围。在标定视场外的区域虽然仍能探测到光信号，只是将这部分信号用于成像时，图像模糊且存在明显畸变。为了利用这一特性，团队提出了一种分割矫正的无波前自适应光学补偿方法，该方法能高效且稳定地恢复标定视场外的图像质量（图1（a））。利用这一技术，研究人员能清晰观测到了几乎覆盖了1/4小鼠大脑的神经环路成像（图1（b）），也能在活体小鼠大脑上监测大规模分布的小胶质细胞和微血管。该技术无需特殊光学元件，可以集成到任一标准的点扫描式光学显微镜中。
该工作得到了国自然重大科研仪器、国自然重大研究计划以及广东省重点实验室等项目的支持，是由中国科学院深圳先进技术研究院和香港理工大学联合完成的。
图1：技术原理（a）及thy1-gfp-m小鼠脑片大视场成像结果（b）
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