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2023年9月20日，北京大學程和平-王愛民團隊在學術期刊Optics Express在線發表以“Millimeter field-of-view miniature two-photon microscopy for brain imaging in freely moving mice”為題的研究論文，揭示了超維景最新發布的毫米成像視場微型化雙光子顯微鏡FHIRM-LF的設計原理及成像性能。該款集成低倍率微型物鏡、大視場掃描鏡、小MEMS傾斜角等特性的微型化雙光子顯微鏡探頭，重量僅有2.5克，成像視場達1000×788 μm2，為研究小動物自由行為范式中大腦神經元群體動態功能提供了強大的觀測工具。北京大學未來技術學院助理研究員趙春竹為該論文的第一作者，北京大學王愛民、吳潤龍為論文的共同通訊作者。
論文上線截圖
毫米級視野下高質量數據唾手可得
典型的微型化單光子顯微鏡以其毫米級視野著稱，而微型化雙光子顯微鏡在成像分辨率、深度和層切能力方面更顯優勢。超維景最新款毫米級視野微型化雙光子顯微鏡FHIRM-LF實現了二者優勢的融合。通過設計低倍率物鏡、大視場掃描鏡并減小MEMS傾斜角，FHIRM-LF實現了1000×788 μm2的成像視場。利用該款顯微鏡探頭，作者在1000 × 788 μm2視場下觀測到了小鼠大腦皮層的神經元、樹突和樹突棘的高分辨率圖像（圖1）。
圖1. a) FHIRM-LF探頭圖片；b) 在1000 × 788 μm2視場下，清醒小鼠大腦皮層GCaMP6s表達神經元成像圖；c) 清醒Thy1-YFPH轉基因小鼠大腦皮層樹突和樹突棘成像圖。
GRIN Lens下的大視場高質量成像
通過梯度折射率透鏡GRIN Lens中繼的顯微成像中，GRIN Lens引入的像差會大大降低成像質量。為了測試FHIRM-LF探頭在GRIN Lens下的效果，作者通過GRIN Lens中繼成像對自由運動小鼠海馬神經元進行觀察 (圖2)。在成像探頭視場為1000 × 788 μm2，成像幀率為9 Hz, 600 × 512像素條件下，盡管成像視場范圍由于GRIN Lens自身的漸暈作用略受影響，但其有效視場仍達到約為900 × 788 μm2。通過GRIN Lens對自由運動小鼠海馬背側CA1亞區進行成像記錄，該款成像探頭FHIRM-LF實現共計約400個神經元鈣瞬態數據的高質量采集，這些原始數據的平均信噪比為9.2，98%的神經元鈣瞬態信噪比大于3。
圖2. 通過直徑為1mm的GRIN Lens對自由運動的小鼠海馬背側CA1進行中繼成像。利用FHIRM-LF對自由活動小鼠進行連續18.3分鐘的成像記錄，圖中展示所記錄的395個神經元分割圖及Ca2+痕跡，并展示這些神經元鈣瞬態的信噪比。
毫米級視野下深達500 μm的自由變焦
超維景微型化雙光子顯微鏡系統配備先進的軸向變焦ETL模塊。利用液體透鏡原理，實現微型化雙光子顯微鏡對大腦皮層不同功能層神經元的同時成像記錄。結合可拆卸變焦ETL模塊，毫米大視野探頭FHIRM-LF軸向變焦范圍擴大到500 μm，在對小鼠大腦皮層成像中實現采集1000 × 788 × 500 μm3體積的神經元圖像（圖3）。并且搭載變焦ETL模塊后，雙光子顯微成像仍以接近理論衍射極限的能力，保持成像分辨率恒定不變。
圖3. FHIRM-LF結合可拆卸的變焦ETL模塊對清醒小鼠皮層1000×788×500 μm3的三維體積成像。
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