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能夠看清巨噬細胞運動軌跡的雙光子三維成像？新技術再次增光添彩
2022年03月21日 08:39:54
來源：化工儀器網 作者：羊舌木 點擊量：5728
進行兩次二維掃描就能夠獲得樣品的三維信息？別驚訝，這樣的技術還真存在。近日，中國科學院深圳先進技術研究院研究員鄭煒團隊提出一種基于激發光梯度編碼的快速三維成像技術，可使雙光子體成像速度比傳統技術提升5至10倍。
【化工儀器網 項目成果】進行兩次二維掃描就能夠獲得樣品的三維信息？別驚訝，這樣的技術還真存在。近日，中國科學院深圳先進技術研究院研究員鄭煒團隊提出一種基于激發光梯度編碼的快速三維成像技術，可使雙光子體成像速度比傳統技術提升5至10倍。
視覺是人類獲取信息最重要的方式，隨著電子信息技術的發展，圖像采集和顯示技術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，例如遙遠的星系、微觀世界或是穿透表面看到身體的內部。
而三維成像技術，從通俗點的角度來理解，即一個客觀的世界是三維的，客觀世界的三維圖像通過某種技術來把它記錄下來，然后進行處理、壓縮、再傳輸、顯示，最后在人的大腦中再現客觀世界的圖像。三維成像技術能夠讓圖像包含空間中每個點位的三維坐標信息，這種技術有助于計算機進行三維圖像的識別與分析。如今，三維成像技術也被廣泛運用，例如在建筑房地產行業，我們可以運用這種技術，讓建筑物本身在視覺呈現上更加立體、直觀、快捷、全面。三維成像技術更是讓醫療行業如虎添翼，三維動畫提供了最真實的結構影像，其真實性、準確性、直觀性等特點，為醫學領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的成像分辨率和毫米級的成像深度，結合了激光掃描共聚焦顯微鏡和雙光子激發技術。其原理是在高光子密度的情況下，熒光分子可以同時吸收2個長波長的光子，在經過一個很短的所謂激發態壽命的時間后，發射出一個波長較短的光子；其效果和使用一個波長為長波長一半的光子去激發熒光分子是相同的。雙光子顯微鏡被廣泛應用在神經結構和功能成像以及其他活體成像研究中。
傳統的雙光子三維成像是將雙光子激發的焦點在樣品中進行逐層的二維掃描來實現的，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間，并且對生物組織會造成光損傷和光漂白，不利于活體組織的長時間成像。
而鄭煒團隊所提出的新型梯度光場雙光子顯微成像技術只需要進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就是涉及了一對軸向拉長并且強度梯度變化的焦點，并利用這對焦點的強度變化來編碼并解析出物體的位置：橫向掃描第一個梯度焦點得到的圖像中，位置較淺處的樣品熒光強度強，位置較深處的樣品熒光強度弱，第二個焦點對應的圖像則正好相反。兩幅圖像的和反映了樣品的真實三維熒光強度，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微米內三維信息，熒光點軸向定位精度為0.63微米。梯度光場雙光子顯微鏡非常適合活體細胞的三維成像，在觀測巨噬細胞吞噬熒光小球的實驗中，能夠快速捕捉熒光小球在巨噬細胞內外的三維運動軌跡，并精確定量出巨噬細胞運載小球的速度。
巨噬細胞作為固有免疫的重要組成部分，不僅能夠參與機體的防御功能，還可以吞噬殺傷病原體、內寄生菌和腫瘤等靶細胞，是對于人體而言相當重要的一種白血球。能夠精確地觀察到巨噬細胞的運動軌跡，使得醫學界可以據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的提出，在醫學領域的運用前景十分廣闊。無論如何，這項技術的進一步發展都是值得期待的。
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