Laser-skaneeriv stereomikroskoop, mis võimaldab reaalajas 3D-kujutist
Mõned päevad tagasi töötas Hiina Teaduste Akadeemia Xi'ani optika- ja mehaanikainstituudi transient-optika ja fotonitehnoloogia riikliku võtmelabori ülieraldusvõimega pilditöörühm edukalt välja kahefotonilise ergastuslaseriga skaneeriva reaalajas stereomikroskoobi. .
Kui laborihiir näeb kassi kujutist, kuidas tema aju töötab? Kuidas edastatakse seda uut teavet kümneid miljoneid neuroneid sisaldavas närvivõrgus? Kuidas kasutada optilist mikroskoopi, et mõistatusse piiluda? See on Kaasaegsed bioteaduslikud uuringud seavad optilise mikroskoopia kujutise tehnoloogiale uued väljakutsed.
Mõned päevad tagasi töötas Hiina Teaduste Akadeemia Xi'ani optika- ja mehaanikainstituudi transient-optika ja fotonitehnoloogia riikliku võtmelabori ülieraldusvõimega pilditöörühm edukalt välja kahefotonilise ergastuslaseriga skaneeriva reaalajas stereomikroskoobi. . "See võimaldab meil jälgida dünaamilist kolmemõõtmelist mikroskoopilist maailma reaalajas nagu kolmemõõtmelist filmi, ilma valguslõikudeta ja aeganõudva kolmemõõtmelise kujutise rekonstrueerimiseta." Dr Yang Yanlong, meeskonna tuumliige, ütles. Selgus, et tavapärasel valgusmikroskoopial oli kaks probleemi. Üks probleem on see, et pildistamise teravussügavus on väga väike ja korraga on näha ainult õhuke kiht proovist ning proovi kolmemõõtmelist jaotust pole otseselt näha. Veel üks keerulisem probleem on: selleks, et matkida binokulaarse nägemise kaudu inimese taju kolmemõõtmelisest maailmast, tuleb Besseli kiirt skaneerida kahes suunas. Kui pildistamise viivitus nendes kahes suunas on liiga suur, on see lühiajaline. Fluorestsentssignaali ei saa täpselt tabada ja positsioneerida. Näiteks on kahe fotoni ergastusega laserskaneerivat fluorestsentsmikroskoopiat laialdaselt kasutatud neuropildis ja muudes valdkondades alates selle väljatöötamisest 1990. aastatel. 3D-kujutise lõpuleviimiseks on tavaliselt vaja kümneid või isegi sadu 2D-kujutiste kihte peale kanda ja rekonstrueerida. Kogu 3D-pildistamise protsess võtab aega vähemalt paar minutit ja kiirus on väga aeglane, mistõttu see ei suuda vastata elusorganismide dünaamilisele 3D-kujutisele." selgitas dr Yang Yanlong.
Xi'ani optika ja mehaanika instituudi ülieraldusvõimega pilditöörühm, mida juhivad teadlased Baoli Yao ja Tong Ye, kasutas skaneerimise lõpuleviimiseks piklikku fokuseeritud laserkiirt – Besseli kiirt. Paksude 3D-proovide viilutamine, selge pildistamine korraga. Xi'ani Optika ja Mehaanika Instituudi teadlased ületasid raskused ja konstrueerisid keeruka laserskaneerimisseadme, mis võimaldas kolme vabadusastmega kiiret Besseli kiirte skaneerimist ja mis suudab lülituda kahe vaatenurga vahel millisekundite suurusjärgus (tuhandik sekund).
Mida see tähendab? Tavapäraselt öeldes, kui mesilane lendab meist mööda, on meil vaja kahte silma, et teda korraga näha, et aju saaks täpselt tajuda selle asukohta. Kui vasak ja parem silm vaheldumisi avanevad ja sulguvad, hakkab aju Mesilaste asukohta täpselt kindlaks määrata. Uute tehniliste vahendite ümberlülitamine "millisekundi tasemel" võimaldab kahevaatega pildistamise lõpule viia hetkega, nii et proovi kolmemõõtmelised dünaamilised muutused on reaalajas jäädvustatud.
See tehnoloogia realiseerib esmakordselt kahevaatega laserskaneerimisel põhineva reaalajas stereomikroskoopilise kujutise ja kuvamissüsteemi ning selle kolmemõõtmeline kujutise kiirus on üks kuni kaks suurusjärku suurem kui traditsioonilisel punkt-punktis skaneerimisel. See tähendab, et pildistamisprotsess, mis varem kestis minuteid kuni kümneid minuteid, saab nüüd lõpule viia mõne sekundiga. See kahe fotoni stereomikroskoopiline pildisüsteem pakub uut vaatlusvahendit elusorganismide kolmemõõtmeliseks reaalajas pildistamiseks ja kuvamiseks, mida saab kasutada ajutiste närvisignaalide läbimise jälgimisel närvivõrkude kaudu. On arusaadav, et seda uurimistööd on toetanud Hiina Teaduste Akadeemia "Saja talendi programm" ja Hiina Riiklik Loodusteaduste Fond. Alates aluspõhimõtete kontrollimisest, võtmetehnoloogiate läbimurretest kuni põhimõtteliste prototüüpide valmimiseni on see läbinud erinevaid linke alusuuringutest rakenduste integreerimiseni.
Praegu viib uurimisrühm läbi biomeditsiiniliste rakenduste alast koostööd asjakohaste kodu- ja välismaiste teadusasutustega ning loodab seda tehnoloogiat võimalikult kiiresti rakendada elusorganismide kolmemõõtmelise kiirpildistamise ja kuvamise valdkonnas.
