[發明專利]熒光收集裝置、微型雙光子顯微鏡及雙光子成像方法

有效

• 申請號: 201811494384.1
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN109724954B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 吳潤龍;徐陽陽;吳丹磊;胡炎輝;王愛民
• 申請（專利權）人: 北京超維景生物科技有限公司
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

本發明實施例提供一種熒光收集裝置、微型雙光子顯微鏡及雙光子成像方法，其中，上述熒光收集裝置包括第一光路和第二光路，第一光路依次包括第一透鏡、第一濾光片、二向色鏡、紅外濾光片和耦合透鏡；第二光路依次包括耦合透鏡、紅外濾光片、二向色鏡、第二濾光片和第二透鏡。本發明實施例提供的熒光收集裝置、微型雙光子顯微鏡及雙光子成像方法集成兩路光路，通過選擇濾光片和二向色鏡、復用紅外濾光片和耦合透鏡，實現了不增加微型雙光子顯微探頭重量和體積，但能夠實現在自由活動的動物腦部同時進行光遺傳操控和熒光信號收集，并實現不同形式的光遺傳學刺激，進而實現不同光遺傳學刺激下熒光信號的同步收集，操作簡單、使用方便。

技術領域

本發明實施例涉及雙光子顯微鏡技術領域，尤其涉及一種集成光遺傳操控的熒光收集裝置、微型雙光子顯微鏡以及基于微型雙光子顯微鏡的神經元雙光子成像方法。

背景技術

神經元是神經系統的結構和功能單位，有接受、整合和傳遞信息的功能。神經元按其功能可分為傳入神經元(感覺神經元)、中間神經元(聯絡神經元)和傳出神經元(運動神經元)三種。如果按照對后繼神經元的影響來分類，則可分為興奮性神經元和抑制性神經元。神經元作為神經系統的重要組成部分，一直是醫學和生物學領域重要的研究課題。而對神經元活性的研究一般采用單光纖對動物腦部神經元進行觀察或通過對神經元進行熒光成像的方法來獲取神經元的活性信息，例如利用傳統的臺式雙光子顯微鏡或微型單光子顯微鏡對動物腦部神經元進行觀察成像。

利用單光纖對動物腦部神經元進行觀察是直接通過導入激光光纖到動物腦部的特定腦區，開啟激光光源對特定的光遺傳蛋白進行照射(操控)來觀察腦部神經元，優點是結構簡單，但是這種方法不能精確的完成對單個神經元的光遺傳學操控，且不能對相應的神經元進行成像；傳統的臺式雙光子顯微鏡對動物腦部神經元進行觀察成像時，由于傳統的臺式雙光子顯微鏡體積很大，光遺傳學光路集成在主鏡體中，實驗動物必須穩固的固定在顯微物鏡下或者在麻醉情況下放置顯微物鏡下，進行成像和光遺傳學操控，如若使用傳統的臺式雙光子顯微鏡來研究光遺傳學操控下的小鼠自由運動，目前只能在小鼠下方安裝跑步機，前方放置顯示屏，通過虛擬現實的方式，模擬小鼠的運動。但是這種虛擬現實的方法招到很多科學家的質疑，認為這種方式和動物真正的運動和行為是很不一樣的，并不能得到準確的神經元的活性信息。微型單光子顯微鏡可以戴在小鼠頭上，在小鼠自由運動的狀況下，對小鼠腦部神經區域的神經元進行觀察成像，但由于微型單光子顯微鏡的對比度很差，無法清晰的看到神經樹突、軸突甚至神經元胞體，且由于其佩戴在小鼠頭上，受其體積限制，微型單光子顯微鏡中僅集成了用于熒光信號收集的熒光收集裝置，無法同步完成光遺傳操控和熒光信號收集。

因此，需要一種能夠集成在微型顯微鏡上不增加顯微鏡體積的情況下，在自由運動小鼠上，同步完成光遺傳操控和熒光信號收集的裝置，且具有足夠高的分辨率和成像對比度。

發明內容

針對背景技術中現有技術存在的缺陷，本發明實施例提供了一種集成光遺傳操控的熒光收集裝置、微型雙光子顯微鏡以及基于微型雙光子顯微鏡的神經元雙光子成像方法。

第一方面，本發明實施例提供的一種集成光遺傳操控的熒光收集裝置，該熒光收集裝置包括：

光遺傳光源控制器、光遺傳操控光源、第一光纖、第一光纖通用接口、第二光纖通用接口、光電倍增管以及在所述第一光纖通用接口和所述第二光纖通用接口之間的第一光路、在所述第二光纖通用接口和所述光電倍增管之間的第二光路，其中：

所述第一光路依次包括位于所述第一光纖通用接口和所述第二光纖通用接口之間的第一透鏡、第一濾光片、二向色鏡、紅外濾光片以及耦合透鏡；其中，所述第一光路，用于傳導所述第一光纖傳輸的第一激光信號從所述第一光纖通用接口至所述第二光纖通用接口，所述第一激光信號為所述光遺傳光源控制器控制所述光遺傳操控光源發出的激光信號；