嘉興神經(jīng)元單光纖成像技術(shù)

在體光纖成像記錄的優(yōu)點(diǎn)可以非侵入性，實(shí)時(shí)連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測體內(nèi)的各種生物學(xué)過程，從而可以減少實(shí)驗(yàn)動(dòng)物數(shù)量，及降低個(gè)體間差異的影響；由于背景噪聲低，所以具有較高的敏感性；不需要外源性激發(fā)光，避免對(duì)體內(nèi)正常細(xì)胞造成損傷，有利于長期觀察；此外還有無放射性等其他優(yōu)點(diǎn)。然而生物發(fā)光也有自身的不足之處：例如波長依賴性的組織穿透能力，光在哺乳動(dòng)物組織內(nèi)傳播時(shí)會(huì)被散射和吸收，光子遇到細(xì)胞膜和細(xì)胞質(zhì)時(shí)會(huì)發(fā)生折射，而且不同類型的細(xì)胞和組織吸收光子的特性也不盡相同，其中血紅蛋白是吸收光子的主要物質(zhì)；由于是在體外檢測體內(nèi)發(fā)出的信號(hào)，因而受到體內(nèi)發(fā)光源位置及深度影響；另外還需要外源性提供各種熒光素酶的底物，且底物在體內(nèi)的分布與藥動(dòng)力學(xué)也會(huì)影響信號(hào)的產(chǎn)生；由于熒光素酶催化的生化反應(yīng)需要氧氣、鎂離子及 ATP 等物質(zhì)的參與，受到體內(nèi)環(huán)境狀態(tài)的影響。用成熟的在體光纖成像記錄進(jìn)行體外檢測。嘉興神經(jīng)元單光纖成像技術(shù)

在體光纖成像記錄系統(tǒng)在成像速度和分辨率方面還存很多不足。在成像系統(tǒng)的傳輸矩陣測試階段，必須采用SLM 實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制，而SLM 器件的響應(yīng)速度比較低，幀率只能達(dá)到幾百赫茲，一些特殊的器件可以達(dá)到20 kHz，但對(duì)于像素為100pixel×100pixel的成像區(qū)域進(jìn)行逐點(diǎn)成像，成像速率只能達(dá)到2 frame/s，在實(shí)際應(yīng)用中有很大的局限性。SLM 器件的光效率較低，體積較大，不利于系統(tǒng)集成和結(jié)構(gòu)微型化。單光纖成像系統(tǒng)需要預(yù)先測定光纖的傳輸特性(即光纖傳輸矩陣)，而傳輸矩陣會(huì)受光纖形態(tài)(如彎曲、壓力和溫度)的影響。如果光纖在使用過程中受到外界的擾動(dòng)，那么傳輸矩陣會(huì)發(fā)生變化，對(duì)成像產(chǎn)生較大影響。嘉興神經(jīng)元單光纖成像技術(shù)在體光纖成像記錄集成信號(hào)采集與數(shù)字同步模塊。

研制小動(dòng)物三維在體光纖成像記錄，該成像設(shè)備以雙光子激發(fā)成像模態(tài)為中心，有機(jī)融合光片照明顯微成像模態(tài)，從細(xì)胞分子、結(jié)構(gòu)圖譜和功能回路多個(gè)層面系統(tǒng)多方面地提供生物體的神經(jīng)回路信息。圍繞小動(dòng)物三維在體神經(jīng)回路成像設(shè)備研制這一中心目標(biāo)，將會(huì)涉及到成像設(shè)備、圖像算法、軟件平臺(tái)、驗(yàn)證評(píng)價(jià)以及生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用等多方面研究。從生物體在體神經(jīng)回路深層和快速的成像要求出發(fā)，研制有機(jī)融合多光子深層激發(fā)成像模態(tài)和光片照明快速掃描顯微成像模態(tài)于一體的小動(dòng)物三維在體神經(jīng)回路成像設(shè)備，研發(fā)適用于快速動(dòng)態(tài)神經(jīng)回路成像的影像信息處理與分析平臺(tái)，建立小動(dòng)物三維在體神經(jīng)回路成像設(shè)備的醫(yī)學(xué)生物驗(yàn)證評(píng)價(jià)體系，開展小動(dòng)物預(yù)臨床生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究，為小動(dòng)物腦疾病模型在體神經(jīng)回路的機(jī)理研究提供成像方法和工具。

在體光纖成像記錄納米級(jí)成像受到所用光的波長的限制。有多種方法可以克服這一衍射極限，但它們通常需要大型顯微鏡和困難的加工程序?！边@些系統(tǒng)不適用于在生物組織的深層或其他難以到達(dá)的地方成像。在傳統(tǒng)的顯微鏡檢查中，通常會(huì)逐點(diǎn)照射樣品以產(chǎn)生整個(gè)樣品的圖像。這需要大量時(shí)間，因?yàn)楦叻直媛蕡D像需要許多數(shù)據(jù)點(diǎn)。壓縮成像要快得多，但是我們也證明了它能夠分辨比傳統(tǒng)衍射極限成像所能分辨的小兩倍以上的細(xì)節(jié)。開發(fā)考慮了微創(chuàng)生物成像。但這對(duì)于納米光刻技術(shù)中的傳感應(yīng)用也非常具有前途，因?yàn)樗恍枰獰晒鈽?biāo)記，而熒光標(biāo)記是其他超分辨率成像方法所必需的。在體光纖成像記錄也缺乏對(duì)不同儲(chǔ)存條件的對(duì)比評(píng)價(jià)。

在體光纖成像記錄是基于多模光纖的微弱熒光信號(hào)檢測和記錄系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠長時(shí)間穩(wěn)定的激發(fā)熒光，并檢測熒光信號(hào)的微弱變化。用于在體記錄動(dòng)物群體神經(jīng)元活動(dòng)鈣信號(hào)的動(dòng)態(tài)變化，在腦功能研究中具有較多的用途，其具體特點(diǎn)和應(yīng)用如下：1、儀器高度集成化，只需一臺(tái)儀器，配合光纖記錄系統(tǒng)電腦端軟件則可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的記錄及數(shù)據(jù)分析，實(shí)驗(yàn)簡單便捷，實(shí)驗(yàn)前無需調(diào)試設(shè)備；2、儀器穩(wěn)定性及可移動(dòng)性強(qiáng)，較高有4通道版本，可同時(shí)記錄4只動(dòng)物或一只動(dòng)物4個(gè)位點(diǎn)。較高采樣率達(dá)20000 HZ，信噪比高。3、所有傳輸光路通過光纖耦合，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，同時(shí)不受外界光纖干擾。在體光纖成像記錄能夠反映細(xì)胞或基因表達(dá)的空間和時(shí)間分布。嘉興神經(jīng)元單光纖成像技術(shù)

在體光纖成像記錄和散射介質(zhì)成像的機(jī)理既有關(guān)聯(lián)。嘉興神經(jīng)元單光纖成像技術(shù)

在體生物發(fā)光成像不需要外部光源激發(fā), 自發(fā)熒光少，而在體光纖成像記錄，需要特定波長的外部激發(fā)光源激發(fā), 自發(fā)熒光較多, 故前者比后者靈敏度更高, 在體生物發(fā)光斷層成像原型系統(tǒng), 主要由 CCD相機(jī)、 固定小動(dòng)物的支架、 控制裝置 （使支架水平運(yùn)動(dòng)、 垂直運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)） 、完全密閉的不透光的成像暗箱等組成。將小動(dòng)物麻醉后固定在支架上, 并置于成像暗箱中, 由控制裝置帶動(dòng)支架沿水平方向運(yùn)動(dòng)、 垂直方向運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn), 利用相機(jī)從多個(gè)不同角度和位置對(duì)活的物體小動(dòng)物的生物發(fā)光現(xiàn)象進(jìn)行投影成像 然后將采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中, 并采用特定的圖像重建算法定位動(dòng)物體內(nèi)的發(fā)光光源, 得到活的物體動(dòng)物體內(nèi)發(fā)光光源的精確位置信息。嘉興神經(jīng)元單光纖成像技術(shù)