실시간 3D 이미징이 가능한 레이저 스캐닝 실체현미경
며칠 전, 중국 과학원 시안 광학 및 역학 연구소 과도 광학 및 광자 기술 국가 핵심 연구소의 초고해상도 이미징 팀은 2광자 여기 레이저 스캐닝 실시간 실체 현미경을 성공적으로 개발했습니다. .
실험용 쥐가 고양이의 이미지를 볼 때 뇌는 어떻게 작동합니까? 이 새로운 정보는 수천만 개의 뉴런을 포함하는 신경망에서 어떻게 전송됩니까? 수수께끼를 들여다보기 위해 광학 현미경을 사용하는 방법은 무엇입니까? 이것은 현대 생명 과학 연구에서 광학 현미경 이미징 기술에 새로운 도전을 제기합니다.
며칠 전, 중국 과학원 시안 광학 및 역학 연구소 과도 광학 및 광자 기술 국가 핵심 연구소의 초고해상도 이미징 팀은 2광자 여기 레이저 스캐닝 실시간 실체 현미경을 성공적으로 개발했습니다. . "빛의 조각과 시간 소모적인 3차원 이미지 재구성 없이 3차원 영화를 보는 것처럼 역동적인 3차원 현미경 세계를 실시간으로 관찰할 수 있습니다." 팀의 핵심 멤버인 Dr. Yang Yanlong이 말했습니다. 기존의 광학 현미경은 두 가지 문제가 있음이 밝혀졌습니다. 한 가지 문제는 이미징 피사계 심도가 매우 작고 한 번에 샘플의 얇은 층만 볼 수 있으며 샘플의 3차원 분포를 직접 볼 수 없다는 것입니다. 또 다른 어려운 문제는 양안시를 통해 3차원 세계에 대한 인간의 인식을 모방하기 위해 베셀 빔을 두 방향으로 스캔해야 한다는 것입니다. 이 두 방향에서 이미징의 시간 지연이 너무 크면 순식간에 지나갈 것입니다. 형광 신호를 정확하게 캡처하고 위치를 지정할 수 없습니다. 예를 들어, 2광자 여기 레이저 스캐닝 형광 현미경은 1990년대에 제안된 이후 신경 영상 및 기타 분야에서 널리 사용되었습니다. 3D 이미징을 완료하려면 일반적으로 수십 또는 수백 개의 2D 이미지 레이어를 중첩하고 재구성해야 합니다. 전체 3D 이미징 프로세스는 최소 몇 분이 소요되며 속도가 매우 느려 살아있는 유기체의 동적 3D 이미징을 충족할 수 없습니다."라고 Yang Yanlong 박사는 설명합니다.
연구원 Baoli Yao와 Tong Ye가 이끄는 Xi'an Institute of Optics and Mechanics의 초해상도 이미징 팀은 길쭉한 초점 레이저 빔——Bessel 빔을 사용하여 스캐닝을 완료했습니다. 두꺼운 3D 샘플을 한 번에 슬라이싱하고 선명한 이미지를 얻을 수 있습니다. Xi'an Institute of Optics and Mechanics의 연구원들은 어려움을 극복하고 복잡한 레이저 스캐닝 장치를 설계했습니다. 이 장치는 베셀 빔의 3자유도 빠른 스캐닝을 실현하고 밀리초(1000분의 1) 단위로 이중 시야각 사이를 전환할 수 있습니다. 초).
이것은 무엇을 의미 하는가? 평신도의 관점에서 꿀벌이 우리를 지나갈 경우 뇌가 꿀벌의 위치를 정확하게 인식할 수 있도록 동시에 꿀벌을 보려면 두 개의 눈이 필요합니다. 좌우 눈이 번갈아 가며 뜨고 감으면 뇌가 벌의 위치를 정확히 판단하는 것이 불가능하다. "밀리초 수준"에서 새로운 기술 수단을 전환하면 듀얼 뷰 이미징이 순식간에 완료되어 샘플의 3차원 동적 변화를 실시간으로 캡처할 수 있습니다.
이 기술은 이중 시야 레이저 스캐닝을 기반으로 한 실시간 입체현미경 이미징 및 디스플레이 시스템을 최초로 구현했으며, 3차원 이미징 속도는 기존 포인트 바이 포인트 스캐닝 방법보다 1~2배 더 빠릅니다. 즉, 몇 분에서 수십 분이 걸리던 이미징 프로세스가 이제 몇 초 안에 완료될 수 있습니다. 이 2광자 입체현미경 이미징 시스템은 3차원 실시간 이미징 및 살아있는 유기체의 표시를 위한 새로운 관찰 도구를 제공하며, 이는 신경망을 통해 일시적인 신경 신호의 통과를 관찰하는 데 사용할 수 있습니다. 이 연구는 중국 과학 아카데미와 중국 국립 자연 과학 재단의 "백인 프로그램"의 지원을 받은 것으로 알려져 있습니다. 기본 원리의 검증, 핵심 기술의 돌파구, 원리 프로토타입의 완성에 이르기까지 기초 연구에서 응용 통합에 이르기까지 다양한 링크를 거쳤습니다.
현재 연구팀은 국내외 관련 과학 연구기관과 바이오의료 응용에 대한 공동 연구를 진행하고 있으며, 이 기술을 빠른 시일 내에 3차원 고속 이미징 및 생체 디스플레이 분야에 적용할 수 있기를 희망하고 있다.
