【編者按】像差問(wèn)題一直困擾著光學(xué)領(lǐng)域的工作者养葵。像差會(huì)使光波前發(fā)生形變入客，不僅降低成像的信噪比和分辨率自阱，使得很多時(shí)候我們只能“霧里看花”嚎莉，更甚者，產(chǎn)生贗像沛豌，或無(wú)法獲得有意義的圖像趋箩。像差問(wèn)題對(duì)雙光子成像的影響尤為嚴(yán)重，因?yàn)樵谀抢锛优桑瑹晒庑盘?hào)對(duì)入射光強(qiáng)度的依賴是平方關(guān)系叫确，一旦入射光波前形變，不僅聚焦強(qiáng)度大幅下降叁渣，成像分辨率也急劇惡化玲装。因此，如何解決像差問(wèn)題溯侦，實(shí)現(xiàn)活體墅糯，例如小鼠大腦皮層，深層區(qū)域的高質(zhì)量成像成為光學(xué)成像發(fā)展中最具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題之一况魔。

美國(guó)Howard Hughes Medical Institute （霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所）在Janelia Farm Research Campus的吉娜博士小組與來(lái)自中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的王琛博士最近成功將一種新的自適應(yīng)光學(xué)的方法和雙光子顯微鏡結(jié)合况逼，研制出一種新的自適應(yīng)光學(xué)雙光子熒光顯微鏡。通過(guò)校正活體小鼠大腦的像差奢赡，在視覺(jué)皮層的不同深度處均獲得了提高數(shù)倍的成像分辨率和信號(hào)強(qiáng)度了槽，大大改進(jìn)了成像質(zhì)量，使得原來(lái)在活體鼠腦中不可見或者模糊的細(xì)節(jié)變得清晰可見掷暇，她們成功將該方法應(yīng)用于老鼠視覺(jué)皮層第五層（約500μm）的形貌結(jié)構(gòu)成像和鈣離子功能成像蛙疗。這一新的自適應(yīng)光學(xué)方法，首次使得在活體小鼠深層區(qū)域成像中獲得近衍射極限的成像分辨率成為現(xiàn)實(shí)层攀。這一成果以Multiplexed aberration measurement for deep tissue imaging in vivo 為題發(fā)表在最新一期的Nature Methods （《自然·方法》）雜志上 （Published online 17 August 2014; doi:10.1038/nmeth.3068）曾蚊。

在該自適應(yīng)光學(xué)雙光子熒光顯微鏡中软吐，她們將空間光位相調(diào)制器光學(xué)共軛到顯微物鏡的后焦平面，通過(guò)位相調(diào)制器將入射光分成若干子區(qū)域吟税，每一塊子區(qū)域的波前都可以被獨(dú)立控制凹耙。同時(shí)，她們用數(shù)字微陣列光處理器肠仪，以不同的頻率同時(shí)調(diào)制其中一半子區(qū)域的入射光強(qiáng)度肖抱，以另一半子區(qū)域作為“參考波前”。來(lái)自所有子區(qū)域光束會(huì)在焦點(diǎn)處會(huì)聚干涉异旧，通過(guò)監(jiān)測(cè)焦點(diǎn)激發(fā)的雙光子信號(hào)隨時(shí)間的變化情況意述，并進(jìn)行傅里葉變換分析，可以“分解”得到被調(diào)制的每一塊子區(qū)域的“光線”的貢獻(xiàn)信息吮蛹，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)一半子區(qū)域波前的并行測(cè)量荤崇。對(duì)另一半子區(qū)域重復(fù)這一測(cè)量過(guò)程，從而獲得整個(gè)入射波前的信息并進(jìn)行校正潮针。該方法耗時(shí)很短术荤，通常約1~3分鐘左右即可完成像差的測(cè)量和校正，無(wú)需復(fù)雜的計(jì)算每篷，適用于任何標(biāo)記密度和標(biāo)記類型的樣品瓣戚。更重要的是，得到的像差校正圖案可以用于提高較大視場(chǎng)范圍內(nèi)的成像質(zhì)量搁蛤。該方法無(wú)疑為在體研究小鼠大腦皮層深層區(qū)域的生物挥痊、醫(yī)學(xué)問(wèn)題提供了可行性方案。

  科學(xué)家研制成功新型自適應(yīng)光學(xué)雙光子熒光顯微鏡

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