雙光子顯微鏡 (TPM) 通過(guò)使研究人員能夠以高分辨率觀察活組織中的復(fù)雜生物過(guò)程，徹底改變了生物學(xué)領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的熒光顯微鏡技術(shù)相比，TPM 利用低能光子激發(fā)熒光分子進(jìn)行觀察。這反過(guò)來(lái)又可以更深入地穿透組織，并確保熒光分子或熒光團(tuán)不會(huì)被激發(fā)激光永久損壞。
然而，即使使用最先進(jìn)的 TPM，某些生物過(guò)程也太快而無(wú)法記錄。限制 TPM 性能的設(shè)計(jì)參數(shù)之一是線掃描頻率，以每秒幀數(shù) (FPS) 衡量。這是指激發(fā)激光沿一個(gè)方向(例如，水平掃描)掃過(guò)目標(biāo)樣品的速率。較慢的掃描頻率也會(huì)影響系統(tǒng)的整體 FPS，因?yàn)樗鼪Q定了激光掃過(guò)另一個(gè)方向的速度，即垂直掃描。總之，這些在顯微鏡的時(shí)間分辨率和觀察框的大小之間產(chǎn)生了權(quán)衡。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，來(lái)自中國(guó)和德國(guó)的國(guó)際研究人員團(tuán)隊(duì)最近開(kāi)發(fā)了一種強(qiáng)大的 TPM 設(shè)置，具有前所未有的高線掃描頻率。根據(jù)他們發(fā)表在《神經(jīng)光子學(xué)》(Neurophotonics)上的報(bào)告，該顯微系統(tǒng)旨在以高時(shí)間和空間分辨率對(duì)快速生物過(guò)程進(jìn)行成像。
將擬議的 TPM 與傳統(tǒng) TPM 區(qū)分開(kāi)來(lái)的關(guān)鍵因素之一是使用聲光偏轉(zhuǎn)器 (AOD) 來(lái)控制激發(fā)激光的掃描。AOD 是一種特殊類型的晶體，其折射率可以通過(guò)聲波精確控制。反過(guò)來(lái)，這使我們能夠根據(jù)需要重新引導(dǎo)激光束通過(guò)它。更重要的是，與傳統(tǒng) TPM 中使用的檢流計(jì)相比，AOD 能夠?qū)崿F(xiàn)更快的激光轉(zhuǎn)向。
因此，該團(tuán)隊(duì)使用二氧化碲 (TeO 2) 晶體設(shè)計(jì)了具有極高聲速的定制 AOD，實(shí)現(xiàn)了高線掃描頻率。有了這個(gè) AOD，激光可以在僅僅 2.5 微秒內(nèi)掃描幀中的一條線，對(duì)應(yīng)于 400 kHz 的最大線掃描頻率。同樣，該團(tuán)隊(duì)使用 AOD 在另一個(gè)方向上實(shí)現(xiàn)了合理的慢速掃描頻率。
為了進(jìn)一步提高顯微鏡的適應(yīng)性，該團(tuán)隊(duì)增加了在必要時(shí)切換到基于檢流計(jì)的激光掃描機(jī)制的選項(xiàng)。這允許以可接受的分辨率和速度掃描樣品的大區(qū)域，從而在切換到 AOD 掃描之前更容易定位感興趣的小區(qū)域。
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