微型化三光子显微镜SUPERNOVA-3000

微型化 三光子显微镜SUPERNOVA-3000搭配新颖的光学构型设计的微型化三光子探头,有效增加散射荧光的收集效率,突破微型化三光子显微镜成像深度的极限,并且扫描速度快,成像效果清晰。SUPERNOVA-3000的出现,使得神经科学的研究人员将可以在保留完整的大脑皮层结构投影的前提下,对例如涉及海马或纹状体结构等,大脑皮层及皮层下方脑区之间的神经网络进行深入研究。

光学构型

由于荧光信号从深层组织到达脑表面时已经处于随机散射的状态，使得显微物镜荧光收集效率降低，从而极大限制了成像深度。针对这一问题，经典阿贝聚光镜结构被引入构型设计中：微型阿贝聚光镜与简化的无限远物镜密接可以提高散射光的通透效率；阿贝聚光镜与激发光路中的微型管镜部分复用，可以进一步简化结构，降低损耗。总体上，新微型化显微镜的散射荧光收集效率实现了成倍的提升。

微型化 三光子显微镜SUPERNOVA-3000特点

Go deeper：更深

-长波长飞秒激光光脉冲，钙成像深度达到1.2 mm

-穿透整个小鼠大脑皮层，突破胼胝体，进行海马成像

More freedom：自由运动下的成像性能

-2.2g 超轻微型化探头，小动物轻松佩戴

-利用ETL实现三维成像

-光学设计，集成柔性避光光纤、空芯光子晶体光纤、MEMS等技术

Less damage：非侵入式手术，轻松上手

-深脑成像只需颅窗手术，避免植入式GRIN Lens损伤脑组织

-激发光波长更长，更低光毒性

-散射荧光增强收集构型，实现深脑低功率成像

微型化 三光子显微镜SUPERNOVA-3000基本参数

应用实例

对自由行为小鼠的大脑全皮层和海马神经元功能成像

显微镜激发光路可以穿透整个小鼠大脑皮层和胼胝体，实现对小鼠海马CA1亚区的直接观测。

上图：微型三光子显微成像记录小鼠大脑皮层L1-L6和海马CA1的结构和功能动态。CC：胼胝体。绿色代表GCaMP6s标记的神经元荧光钙信号，洋红色代表硬脑膜、微血管和脑白质界面的三次谐波信号。

视频1：这是使用微型化三光子显微镜拍摄的小鼠大脑从大脑皮层到胼胝体再到海马CA1亚区的三维重建。绿色代表GCaMP6s标记的神经元荧光信号，洋红色代表硬脑膜、微血管和脑白质界面的三次谐波信号。左上角显示成像深度，可以看到，激光进入大脑，以硬脑膜作为0点，向下移动z轴位移台，依次看到了皮层L1至L6分层的神经元胞体和微血管，之后看到了胼胝体致密的纤维结构。在穿过胼胝体后，继续向下，终于看到了位于海马CA1亚区的神经元胞体。

视频2：左下是小鼠佩戴着微型化三光子探头，在鼠笼(长29厘米× 17.5厘米宽× 15厘米高)中自由探索。左上是与此同时小鼠佩戴的微型化三光子探头正在对深度为978μm的海马CA1亚区神经元荧光钙信号进行成像（帧率8.35Hz，物镜后的光功率为35.9mW）。右侧展示了视频左上中10个神经元的钙活动轨迹，尖峰代表钙信号发放。钙活动轨迹上移动的蓝线与小鼠自由行为视频同步。

上图：小鼠顶叶皮层第六层神经元在抓取糖豆任务中的不同反应类型

视频3：视频左侧是佩戴着微型化三光子显微镜的小鼠在0.5厘米狭缝中用手抓取糖豆吃。中间是此时微型化三光子显微镜探头拍摄的PPC脑区皮层第6层神经元（位于650微米深度）荧光钙信号（GCaMP6s标记的神经元，帧率15.93 Hz）。右侧是选取中间图中5个神经元的钙活动轨迹，其中每条绿线表示一次小鼠的抓取动作。移动的蓝色线与左图的小鼠行为视频以及中间图中的神经元活动同步。该视频以正常(×1)、慢速(×0.5)和快速(×10)的速度播放，以便于查看抓取行为。

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