嘉興神經(jīng)元單光纖成像技術(shù)

在體光纖成像記錄的優(yōu)點可以非侵入性，實時連續(xù)動態(tài)監(jiān)測體內(nèi)的各種生物學過程，從而可以減少實驗動物數(shù)量，及降低個體間差異的影響；由于背景噪聲低，所以具有較高的敏感性；不需要外源性激發(fā)光，避免對體內(nèi)正常細胞造成損傷，有利于長期觀察；此外還有無放射性等其他優(yōu)點。然而生物發(fā)光也有自身的不足之處：例如波長依賴性的組織穿透能力，光在哺乳動物組織內(nèi)傳播時會被散射和吸收，光子遇到細胞膜和細胞質(zhì)時會發(fā)生折射，而且不同類型的細胞和組織吸收光子的特性也不盡相同，其中血紅蛋白是吸收光子的主要物質(zhì)；由于是在體外檢測體內(nèi)發(fā)出的信號，因而受到體內(nèi)發(fā)光源位置及深度影響；另外還需要外源性提供各種熒光素酶的底物，且底物在體內(nèi)的分布與藥動力學也會影響信號的產(chǎn)生；由于熒光素酶催化的生化反應需要氧氣、鎂離子及 ATP 等物質(zhì)的參與，受到體內(nèi)環(huán)境狀態(tài)的影響。用成熟的在體光纖成像記錄進行體外檢測。嘉興神經(jīng)元單光纖成像技術(shù)

在體光纖成像記錄系統(tǒng)在成像速度和分辨率方面還存很多不足。在成像系統(tǒng)的傳輸矩陣測試階段，必須采用SLM 實現(xiàn)相位調(diào)制，而SLM 器件的響應速度比較低，幀率只能達到幾百赫茲，一些特殊的器件可以達到20 kHz，但對于像素為100pixel×100pixel的成像區(qū)域進行逐點成像，成像速率只能達到2 frame/s，在實際應用中有很大的局限性。SLM 器件的光效率較低，體積較大，不利于系統(tǒng)集成和結(jié)構(gòu)微型化。單光纖成像系統(tǒng)需要預先測定光纖的傳輸特性(即光纖傳輸矩陣)，而傳輸矩陣會受光纖形態(tài)(如彎曲、壓力和溫度)的影響。如果光纖在使用過程中受到外界的擾動，那么傳輸矩陣會發(fā)生變化，對成像產(chǎn)生較大影響。嘉興神經(jīng)元單光纖成像技術(shù)在體光纖成像記錄集成信號采集與數(shù)字同步模塊。

研制小動物三維在體光纖成像記錄，該成像設備以雙光子激發(fā)成像模態(tài)為中心，有機融合光片照明顯微成像模態(tài)，從細胞分子、結(jié)構(gòu)圖譜和功能回路多個層面系統(tǒng)多方面地提供生物體的神經(jīng)回路信息。圍繞小動物三維在體神經(jīng)回路成像設備研制這一中心目標，將會涉及到成像設備、圖像算法、軟件平臺、驗證評價以及生物醫(yī)學應用等多方面研究。從生物體在體神經(jīng)回路深層和快速的成像要求出發(fā)，研制有機融合多光子深層激發(fā)成像模態(tài)和光片照明快速掃描顯微成像模態(tài)于一體的小動物三維在體神經(jīng)回路成像設備，研發(fā)適用于快速動態(tài)神經(jīng)回路成像的影像信息處理與分析平臺，建立小動物三維在體神經(jīng)回路成像設備的醫(yī)學生物驗證評價體系，開展小動物預臨床生物醫(yī)學應用研究，為小動物腦疾病模型在體神經(jīng)回路的機理研究提供成像方法和工具。

在體光纖成像記錄納米級成像受到所用光的波長的限制。有多種方法可以克服這一衍射極限，但它們通常需要大型顯微鏡和困難的加工程序。”這些系統(tǒng)不適用于在生物組織的深層或其他難以到達的地方成像。在傳統(tǒng)的顯微鏡檢查中，通常會逐點照射樣品以產(chǎn)生整個樣品的圖像。這需要大量時間，因為高分辨率圖像需要許多數(shù)據(jù)點。壓縮成像要快得多，但是我們也證明了它能夠分辨比傳統(tǒng)衍射極限成像所能分辨的小兩倍以上的細節(jié)。開發(fā)考慮了微創(chuàng)生物成像。但這對于納米光刻技術(shù)中的傳感應用也非常具有前途，因為它不需要熒光標記，而熒光標記是其他超分辨率成像方法所必需的。在體光纖成像記錄也缺乏對不同儲存條件的對比評價。

在體光纖成像記錄是基于多模光纖的微弱熒光信號檢測和記錄系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠長時間穩(wěn)定的激發(fā)熒光，并檢測熒光信號的微弱變化。用于在體記錄動物群體神經(jīng)元活動鈣信號的動態(tài)變化，在腦功能研究中具有較多的用途，其具體特點和應用如下：1、儀器高度集成化，只需一臺儀器，配合光纖記錄系統(tǒng)電腦端軟件則可以進行實時的記錄及數(shù)據(jù)分析，實驗簡單便捷，實驗前無需調(diào)試設備；2、儀器穩(wěn)定性及可移動性強，較高有4通道版本，可同時記錄4只動物或一只動物4個位點。較高采樣率達20000 HZ，信噪比高。3、所有傳輸光路通過光纖耦合，具有很強的抗干擾能力，同時不受外界光纖干擾。在體光纖成像記錄能夠反映細胞或基因表達的空間和時間分布。嘉興神經(jīng)元單光纖成像技術(shù)

在體光纖成像記錄和散射介質(zhì)成像的機理既有關(guān)聯(lián)。嘉興神經(jīng)元單光纖成像技術(shù)

在體生物發(fā)光成像不需要外部光源激發(fā), 自發(fā)熒光少，而在體光纖成像記錄，需要特定波長的外部激發(fā)光源激發(fā), 自發(fā)熒光較多, 故前者比后者靈敏度更高, 在體生物發(fā)光斷層成像原型系統(tǒng), 主要由 CCD相機、 固定小動物的支架、 控制裝置 （使支架水平運動、 垂直運動或旋轉(zhuǎn)） 、完全密閉的不透光的成像暗箱等組成。將小動物麻醉后固定在支架上, 并置于成像暗箱中, 由控制裝置帶動支架沿水平方向運動、 垂直方向運動或旋轉(zhuǎn), 利用相機從多個不同角度和位置對活的物體小動物的生物發(fā)光現(xiàn)象進行投影成像 然后將采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)接嬎銠C中, 并采用特定的圖像重建算法定位動物體內(nèi)的發(fā)光光源, 得到活的物體動物體內(nèi)發(fā)光光源的精確位置信息。嘉興神經(jīng)元單光纖成像技術(shù)