[發(fā)明專利]微型化多光子顯微系統(tǒng)及其探頭和控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011490202.0
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112485898A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳潤龍;程和平;王愛民;陳良怡;吳丹磊;胡炎輝;宗偉健
• 申請（專利權(quán)）人: 南京超維景生物科技有限公司
• 主分類號: G02B21/00
• 分類號: G02B21/00;G01N21/64
• 代理公司: 北京布瑞知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11505
• 代理人: 張欣

本發(fā)明涉及一種微型化多光子顯微系統(tǒng)及其探頭和控制方法，該探頭包括：變焦器件；掃描儀；光學(xué)系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)位于變焦器件和掃描儀之間，光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)置使變焦器件的實際變焦位置與掃描儀的位置重合，或使實際變焦位置處于變焦器件的位置和掃描儀的位置之間，從而避免了變焦位置與掃描儀的位置之間存在間隔所引起的數(shù)值孔徑壓縮和光焦度與對焦位置對應(yīng)關(guān)系非線性的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及多光子成像技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種微型化多光子顯微系統(tǒng)及其探頭和控制方法。

背景技術(shù)

目前，大多數(shù)細胞生物學(xué)主要在離體培養(yǎng)的細胞體系中研究。然而與細胞生物學(xué)研究有所不同的是，大腦的功能研究的整體性和原位性顯得更加關(guān)鍵：僅研究分離的神經(jīng)元無法解釋神經(jīng)系統(tǒng)的功能和規(guī)律。換句話說，必須要求神經(jīng)元處在其正常生存的大腦環(huán)境中才能使其正常運轉(zhuǎn)。然而，大腦是一個高度復(fù)雜的器官。使用包括共聚焦顯微鏡在內(nèi)的傳統(tǒng)的熒光顯微系統(tǒng)，由于被觀測的信號會受到樣本組織的散射和吸收，無法穿透如此深的組織進行成像。而多光子顯微系統(tǒng)特有的非線性光學(xué)特性，以及其工作波長處在紅外區(qū)域等特點，使得多光子成像技術(shù)具有更好的光學(xué)切片能力和更深的穿透深度。因此，多光子顯微系統(tǒng)成為大腦內(nèi)無創(chuàng)神經(jīng)成像的首選技術(shù)。

為了使待觀測動物在自由活動的時候直接對其神經(jīng)元進行成像，科學(xué)家開始研發(fā)微型化多光子顯微系統(tǒng)，使多光子顯微系統(tǒng)可以直接固定在自由活動的動物身上，讓動物“帶著顯微系統(tǒng)運動”。

但是，現(xiàn)有的微型化多光子顯微系統(tǒng)只能對確定工作距離(成像深度)的像面進行成像。如何實現(xiàn)對不同工作距離(成像深度)的像面進行成像，是目前神經(jīng)成像領(lǐng)域亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

第一方面，提供一種微型化多光子顯微系統(tǒng)的探頭，包括：變焦器件，用于對待觀測樣本的內(nèi)部組織進行軸向的激光掃描；掃描儀，用于對所述內(nèi)部組織進行平面激光掃描；光學(xué)系統(tǒng)，位于所述變焦器件和所述掃描儀之間，所述光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)置使所述變焦器件的實際變焦位置與所述掃描儀的位置重合，或使所述實際變焦位置處于所述變焦器件的位置和所述掃描儀的位置之間。

第二方面，提供一種微型化多光子顯微系統(tǒng)，包括上述微型化多光子顯微系統(tǒng)的探頭。

第三方面，提供一種微型化多光子顯微系統(tǒng)的控制方法：控制變焦器件，以對待觀測樣本的內(nèi)部組織進行軸向的激光掃描；控制掃描儀，以對所述內(nèi)部組織進行平面激光掃描；控制所述變焦器件的實際變焦位置，使得所述變焦器件的實際變焦位置與所述掃描儀的位置重合，或使所述實際變焦位置處于所述變焦器件的位置和所述掃描儀的位置之間。

本申請的實施例在變焦器件和掃描儀之間設(shè)置光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)置使變焦器件的實際變焦位置與掃描儀的位置重合，或使實際變焦位置處于變焦器件的位置和掃描儀的位置之間。實現(xiàn)微型化多光子顯微系統(tǒng)對不同工作距離(成像深度)的像面進行成像的前提下，避免了變焦位置與掃描儀的位置之間存在間隔所引起的數(shù)值孔徑壓縮和光焦度與對焦位置對應(yīng)關(guān)系非線性的問題。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有微型化多光子顯微系統(tǒng)示意圖。

圖2是一種可變焦微型化多光子顯微系統(tǒng)的局部示意圖。

圖3是本申請?zhí)峁┑囊环N可變焦的微型化多光子顯微系統(tǒng)實施例示意圖。

圖4是本申請?zhí)峁┑囊环N可變焦的微型化多光子顯微系統(tǒng)中的光學(xué)系統(tǒng)實施例示意圖。

圖5是將本申請實施例提供的一種微型化多光子顯微系統(tǒng)固定在小鼠頭部的示意圖。

圖6是本申請實施例提供的一種微型化多光子顯微系統(tǒng)固定在可自由活動的小鼠頭部的示意圖及其觀測結(jié)果圖。

圖7是對小鼠頭部同一位置進行為期一個月的觀察的神經(jīng)元變化圖。

圖8是小鼠在三種不同情況下的活動軌跡圖及其運動距離和運動速度的對比圖。