新型頭戴式光聲顯微鏡：分辨率達(dá)2.8微米，可長(zhǎng)期捕捉小鼠大腦活動(dòng)

顯微鏡技術(shù)對(duì)生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域來(lái)說(shuō)非常重要。近日，有研究人員開(kāi)發(fā)了第一臺(tái)可拆卸的頭戴式光聲顯微鏡，可用于對(duì)自由移動(dòng)小鼠的大腦活動(dòng)進(jìn)行成像。而且，該設(shè)備在成像后可以被移除，因此它可以長(zhǎng)期進(jìn)行研究，這項(xiàng)技術(shù)有助于發(fā)現(xiàn)治療神經(jīng)退行性疾病和其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病的新線(xiàn)索。

研究人員表示，癲癇、阿爾茨海默病和帕金森病都會(huì)嚴(yán)重干擾神經(jīng)血管耦合——即神經(jīng)活動(dòng)和隨后的腦血流變化之間的聯(lián)系。而研究中新的探針是研究神經(jīng)血管耦合的理想選擇，因?yàn)樗型瑫r(shí)捕捉到神經(jīng)元和血管網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)變化。

新的顯微鏡探針僅重1.8克，以光學(xué)分辨率光聲顯微鏡（ORPAM）為基礎(chǔ)，可以捕捉大腦的解剖和功能動(dòng)態(tài)，而且并不需要使用熒光標(biāo)記或標(biāo)簽。ORPAM探針可以以毛細(xì)血管級(jí)別的分辨率，捕捉大腦血管網(wǎng)絡(luò)和大腦皮層的大部分血液動(dòng)力學(xué)，而不需要借助任何熒光標(biāo)簽。

為了制造更小的探針，研究人員使用光學(xué)模擬計(jì)算來(lái)仔細(xì)優(yōu)化顯微鏡的整個(gè)光路。他們還選擇了高性能的微型部件，包括非球面透鏡、微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）掃描儀和定制的微型壓電超聲波探測(cè)器。

由此產(chǎn)生的探針重量不到一只成年小鼠體重的10%，分辨率為2.8微米，并能在3×3平方毫米的大視場(chǎng)內(nèi)成像。為了使其可拆卸，研究人員加入了三對(duì)磁鐵，將成像探針與連接到小鼠頭骨上的輕型安裝底座連接起來(lái)。探針可以在成像后直接取下，然后再重新安裝，這樣就可以對(duì)自由移動(dòng)的動(dòng)物進(jìn)行反復(fù)、長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)。

研究人員評(píng)估了探針在模擬軟組織合成材料上的性能后，研究人員用它對(duì)小鼠大腦皮層的血管網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了40分鐘的成像，另外還進(jìn)行了持續(xù)七天的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)。這些試驗(yàn)的結(jié)果表明，該探針可以在自由移動(dòng)的小鼠中提供穩(wěn)定和高質(zhì)量的ORPAM圖像。

研究人員還表示，在未來(lái)打算開(kāi)發(fā)一種具有毛細(xì)血管水平分辨率、視頻速率成像速度和足以捕捉整個(gè)小鼠大腦皮層視野的探針。另外，研究者還希望提高探針的性能，以便能夠了解更多關(guān)于大腦活動(dòng)以及它與疾病和健康的關(guān)系。

題為Detachable head-mounted photoacoustic microscope in freely moving mice的相關(guān)研究論文發(fā)表在《光學(xué)快報(bào)》（Optics Letters）上。

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論文原文：

https://www.osapublishing.org/ol/fulltext.cfm?uri=ol-46-24-6055&id=465840

標(biāo)簽： 頭戴式光聲顯微鏡 分辨率