毫米视场微型化双光子显微镜发布

更新时间：2025-05-28

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2023年9月20日，北京大学程和平-王爱民团队在学术期刊Optics Express在线发表以“Millimeter field-of-view miniature two-photon microscopy for brain imaging in freely moving mice"为题的研究论文，揭示了超维景最新发布的毫米成像视场微型化双光子显微镜FHIRM-LF的设计原理及成像性能。该款集成低倍率微型物镜、大视场扫描镜、小MEMS倾斜角等特性的微型化双光子显微镜探头，重量仅有2.5克，成像视场达1000×788 μm2，为研究小动物自由行为范式中大脑神经元群体动态功能提供了强大的观测工具。北京大学未来技术学院助理研究员赵春竹为该论文的第一作者，北京大学王爱民、吴润龙为论文的共同通讯作者。

论文上线截图

毫米级视野下高质量数据唾手可得

典型的微型化单光子显微镜以其毫米级视野著称，而微型化双光子显微镜在成像分辨率、深度和层切能力方面更显优势。超维景最新款毫米级视野微型化双光子显微镜FHIRM-LF实现了二者优势的融合。通过设计低倍率物镜、大视场扫描镜并减小MEMS倾斜角，FHIRM-LF实现了1000×788 μm2的成像视场。利用该款显微镜探头，作者在1000 × 788 μm2视场下观测到了小鼠大脑皮层的神经元、树突和树突棘的高分辨率图像（图1）。

图1. a) FHIRM-LF探头图片；b) 在1000 × 788 μm2视场下，清醒小鼠大脑皮层GCaMP6s表达神经元成像图；c) 清醒Thy1-YFPH转基因小鼠大脑皮层树突和树突棘成像图。

GRIN Lens下的大视场高质量成像

通过梯度折射率透镜GRIN Lens中继的显微成像中，GRIN Lens引入的像差会大大降低成像质量。为了测试FHIRM-LF探头在GRIN Lens下的效果，作者通过GRIN Lens中继成像对自由运动小鼠海马神经元进行观察 (图2)。在成像探头视场为1000 × 788 μm2，成像帧率为9 Hz, 600 × 512像素条件下，尽管成像视场范围由于GRIN Lens自身的渐晕作用略受影响，但其有效视场仍达到约为900 × 788 μm2。通过GRIN Lens对自由运动小鼠海马背侧CA1亚区进行成像记录，该款成像探头FHIRM-LF实现共计约400个神经元钙瞬态数据的高质量采集，这些原始数据的平均信噪比为9.2，98%的神经元钙瞬态信噪比大于3。

图2. 通过直径为1mm的GRIN Lens对自由运动的小鼠海马背侧CA1进行中继成像。利用FHIRM-LF对自由活动小鼠进行连续18.3分钟的成像记录，图中展示所记录的395个神经元分割图及Ca2+痕迹，并展示这些神经元钙瞬态的信噪比。

毫米级视野下深达500 μm的自由变焦

超维景微型化双光子显微镜系统配备先进的轴向变焦ETL模块。利用液体透镜原理，实现微型化双光子显微镜对大脑皮层不同功能层神经元的同时成像记录。结合可拆卸变焦ETL模块，毫米大视野探头FHIRM-LF轴向变焦范围扩大到500 μm，在对小鼠大脑皮层成像中实现采集1000 × 788 × 500 μm3体积的神经元图像（图3）。并且搭载变焦ETL模块后，双光子显微成像仍以接近理论衍射极限的能力，保持成像分辨率恒定不变。

图3. FHIRM-LF结合可拆卸的变焦ETL模块对清醒小鼠皮层1000×788×500 μm3的三维体积成像。

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