Laser scanning stereomicroscoop geschikt voor real-time 3D-beeldvorming
Een paar dagen geleden ontwikkelde het superresolutiebeeldvormingsteam van het State Key Laboratory of Transient Optics and Photon Technology van het Xi'an Institute of Optics and Mechanics, de Chinese Academie van Wetenschappen, met succes een real-time stereomicroscoop met twee fotonenexcitatie en laserscanning .
Als een laboratoriummuis een afbeelding van een kat ziet, hoe werken zijn hersenen dan? Hoe wordt deze nieuwe informatie verzonden in een neuraal netwerk dat tientallen miljoenen neuronen bevat? Hoe gebruik je een optische microscoop om in het mysterie te kijken? Dit is Hedendaags biowetenschappelijk onderzoek stelt nieuwe uitdagingen voor beeldvormingstechnologie met optische microscopie.
Een paar dagen geleden ontwikkelde het superresolutiebeeldvormingsteam van het State Key Laboratory of Transient Optics and Photon Technology van het Xi'an Institute of Optics and Mechanics, de Chinese Academie van Wetenschappen, met succes een real-time stereomicroscoop met twee fotonenexcitatie en laserscanning . "Het stelt ons in staat om de dynamische driedimensionale microscopische wereld in realtime te observeren, zoals het kijken naar een driedimensionale film, zonder lichtplakken en tijdrovende driedimensionale beeldreconstructie." Dr. Yang Yanlong, een kernlid van het team, zei. Het bleek dat conventionele lichtmicroscopie aan twee problemen leed. Een probleem is dat de scherptediepte van de afbeelding erg klein is en dat slechts een dunne laag van het monster tegelijk kan worden gezien, en dat de driedimensionale verdeling van het monster niet direct kan worden gezien. Een ander moeilijker probleem is: om de menselijke perceptie van de driedimensionale wereld door binoculair zicht te imiteren, moet de Bessel-straal in twee richtingen worden gescand. Als de tijdsvertraging van de beeldvorming in deze twee richtingen te groot is, zal deze vluchtig zijn. Het fluorescerende signaal kan niet nauwkeurig worden opgevangen en gepositioneerd. Twee-fotonen excitatie laser scanning fluorescentiemicroscopie wordt bijvoorbeeld veel gebruikt in neuroimaging en andere gebieden sinds het in de jaren negentig werd voorgesteld. Om 3D-beeldvorming te voltooien, zijn er meestal tientallen of zelfs honderden lagen 2D-beelden nodig om over elkaar heen te leggen en te reconstrueren. Het hele 3D-beeldvormingsproces duurt op zijn minst een paar minuten en de snelheid is erg laag, dus het kan niet voldoen aan de dynamische 3D-beeldvorming van levende organismen", legde Dr. Yang Yanlong uit.
Het beeldvormingsteam met superresolutie van het Xi'an Institute of Optics and Mechanics, geleid door onderzoekers Baoli Yao en Tong Ye, gebruikte een langwerpige gefocusseerde laserstraal - Bessel-straal om het scannen te voltooien. Snijden, duidelijke weergave van dikke 3D-monsters in één keer. Onderzoekers van het Xi'an Institute of Optics and Mechanics overwonnen moeilijkheden en ontwierpen een complex laserscanapparaat, dat een snelle scan van Bessel-stralen met drie vrijheidsgraden realiseerde en kan schakelen tussen dubbele kijkhoeken in de orde van milliseconden (duizendsten van een seconde).
Wat betekent dit? In termen van de leek, als een bij ons voorbij vliegt, hebben we twee ogen nodig om hem tegelijkertijd te zien, zodat de hersenen haar positie nauwkeurig kunnen waarnemen. Als de linker- en rechterogen afwisselend openen en sluiten, zullen de hersenen de positie van de bijen niet nauwkeurig kunnen bepalen. Door de nieuwe technische middelen op "millisecondeniveau" om te schakelen, kan de dual-view-beeldvorming in een oogwenk worden voltooid, zodat de driedimensionale dynamische veranderingen van het monster in realtime kunnen worden vastgelegd.
Deze technologie realiseert voor het eerst een real-time stereomicroscopisch beeld- en weergavesysteem op basis van dual-view laserscanning, en de driedimensionale beeldsnelheid is één tot twee ordes van grootte hoger dan de traditionele punt-voor-punt scanmethode. Dat wil zeggen, het beeldvormingsproces dat vroeger minuten tot tientallen minuten duurde, kan nu in enkele seconden worden voltooid. Dit stereomicroscopisch beeldvormingssysteem met twee fotonen biedt een nieuw observatiehulpmiddel voor de driedimensionale real-time beeldvorming en weergave van levende organismen, dat kan worden gebruikt bij het observeren van het passeren van tijdelijke neurale signalen door neurale netwerken. Het is duidelijk dat dit onderzoek is ondersteund door het "Hundred Talents Program" van de Chinese Academie van Wetenschappen en de National Natural Science Foundation of China. Van de verificatie van basisprincipes, doorbraken in sleuteltechnologieën tot de voltooiing van principeprototypes, het heeft verschillende schakels doorlopen, van fundamenteel onderzoek tot applicatie-integratie.
Momenteel voert de onderzoeksgroep samen met relevante wetenschappelijke onderzoeksinstellingen in binnen- en buitenland onderzoek uit naar biomedische toepassingen en hoopt deze technologie zo snel mogelijk toe te passen op het gebied van driedimensionale snelle beeldvorming en weergave van levende organismen.
