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能夠看清巨噬細(xì)胞運(yùn)動(dòng)軌跡的雙光子三維成像？新技術(shù)再次增光添彩
2022年03月21日 08:39:54
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點(diǎn)擊量：5781
進(jìn)行兩次二維掃描就能夠獲得樣品的三維信息？別驚訝，這樣的技術(shù)還真存在。近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院研究員鄭煒團(tuán)隊(duì)提出一種基于激發(fā)光梯度編碼的快速三維成像技術(shù)，可使雙光子體成像速度比傳統(tǒng)技術(shù)提升5至10倍。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】進(jìn)行兩次二維掃描就能夠獲得樣品的三維信息？別驚訝，這樣的技術(shù)還真存在。近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院研究員鄭煒團(tuán)隊(duì)提出一種基于激發(fā)光梯度編碼的快速三維成像技術(shù)，可使雙光子體成像速度比傳統(tǒng)技術(shù)提升5至10倍。
視覺是人類獲取信息最重要的方式，隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，圖像采集和顯示技術(shù)逐漸成為人類視覺信息獲取過程中的重要載體，圖像采集和顯示技術(shù)極大拓展了人類的視野，使得我們可以看到很多無法直接用肉眼觀察的場景，例如遙遠(yuǎn)的星系、微觀世界或是穿透表面看到身體的內(nèi)部。
而三維成像技術(shù)，從通俗點(diǎn)的角度來理解，即一個(gè)客觀的世界是三維的，客觀世界的三維圖像通過某種技術(shù)來把它記錄下來，然后進(jìn)行處理、壓縮、再傳輸、顯示，最后在人的大腦中再現(xiàn)客觀世界的圖像。三維成像技術(shù)能夠讓圖像包含空間中每個(gè)點(diǎn)位的三維坐標(biāo)信息，這種技術(shù)有助于計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維圖像的識(shí)別與分析。如今，三維成像技術(shù)也被廣泛運(yùn)用，例如在建筑房地產(chǎn)行業(yè)，我們可以運(yùn)用這種技術(shù)，讓建筑物本身在視覺呈現(xiàn)上更加立體、直觀、快捷、全面。三維成像技術(shù)更是讓醫(yī)療行業(yè)如虎添翼，三維動(dòng)畫提供了最真實(shí)的結(jié)構(gòu)影像，其真實(shí)性、準(zhǔn)確性、直觀性等特點(diǎn)，為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中對溝通和交流的困難給予了極大的幫助。
雙光子顯微鏡則是一種具有亞微米級(jí)的成像分辨率和毫米級(jí)的成像深度，結(jié)合了激光掃描共聚焦顯微鏡和雙光子激發(fā)技術(shù)。其原理是在高光子密度的情況下，熒光分子可以同時(shí)吸收2個(gè)長波長的光子，在經(jīng)過一個(gè)很短的所謂激發(fā)態(tài)壽命的時(shí)間后，發(fā)射出一個(gè)波長較短的光子；其效果和使用一個(gè)波長為長波長一半的光子去激發(fā)熒光分子是相同的。雙光子顯微鏡被廣泛應(yīng)用在神經(jīng)結(jié)構(gòu)和功能成像以及其他活體成像研究中。
傳統(tǒng)的雙光子三維成像是將雙光子激發(fā)的焦點(diǎn)在樣品中進(jìn)行逐層的二維掃描來實(shí)現(xiàn)的，但這種三維成像方法不僅速度受限增加了樣品暴露在了高能激光中的時(shí)間，并且對生物組織會(huì)造成光損傷和光漂白，不利于活體組織的長時(shí)間成像。
而鄭煒團(tuán)隊(duì)所提出的新型梯度光場雙光子顯微成像技術(shù)只需要進(jìn)行兩次二維掃描即可獲得樣品的三維信息，極大降低了激光對樣品的損害。在生活中，我們可以利用編碼來確定位置，而這種新型梯度光場雙光子顯微成像技術(shù)就是涉及了一對軸向拉長并且強(qiáng)度梯度變化的焦點(diǎn)，并利用這對焦點(diǎn)的強(qiáng)度變化來編碼并解析出物體的位置：橫向掃描第一個(gè)梯度焦點(diǎn)得到的圖像中，位置較淺處的樣品熒光強(qiáng)度強(qiáng)，位置較深處的樣品熒光強(qiáng)度弱，第二個(gè)焦點(diǎn)對應(yīng)的圖像則正好相反。兩幅圖像的和反映了樣品的真實(shí)三維熒光強(qiáng)度，圖像的比值則反映了熒光的深度信息。
這種方法可以一次分辨深度12微米內(nèi)三維信息，熒光點(diǎn)軸向定位精度為0.63微米。梯度光場雙光子顯微鏡非常適合活體細(xì)胞的三維成像，在觀測巨噬細(xì)胞吞噬熒光小球的實(shí)驗(yàn)中，能夠快速捕捉熒光小球在巨噬細(xì)胞內(nèi)外的三維運(yùn)動(dòng)軌跡，并精確定量出巨噬細(xì)胞運(yùn)載小球的速度。
巨噬細(xì)胞作為固有免疫的重要組成部分，不僅能夠參與機(jī)體的防御功能，還可以吞噬殺傷病原體、內(nèi)寄生菌和腫瘤等靶細(xì)胞，是對于人體而言相當(dāng)重要的一種白血球。能夠精確地觀察到巨噬細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)軌跡，使得醫(yī)學(xué)界可以據(jù)此來判斷出更多的病毒情況，這種新型梯度光場雙光子顯微成像技術(shù)的提出，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的運(yùn)用前景十分廣闊。無論如何，這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展都是值得期待的。
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