鄭煒團隊提出梯度光場編碼的雙光子快速三維成像技術

　　近日，中國科學院深圳先進技術研究院研究員鄭煒團隊提出一種基于激發光梯度編碼的快速三維成像技術，可使雙光子體成像速度比傳統技術提升5至10倍。

　　雙光子顯微鏡具有亞微米級的成像分辨率和毫米級的成像深度，被廣泛應用在神經結構和功能成像以及其他活體成像研究中。傳統的雙光子三維成像是將雙光子激發的焦點在樣品中進行逐層的二維掃描來實現的，這種三維成像方法不僅速度受限且增加了樣品暴露在高能激光中的時間，對生物組織造成光損傷和光漂白，不利于活體組織的長時間成像。

　　該研究提出的新型梯度光場雙光子顯微成像技術只需要進行兩次二維掃描即可獲得樣品的三維信息，極大降低了激光對樣品的損害。

　　在生活中，可利用編碼來確定位置。與此類似，梯度光場技術設計了一對軸向拉長并且強度梯度變化的焦點，利用這對焦點的強度變化來編碼并解析出物體的位置：橫向掃描第一個梯度焦點得到的圖像中，位置較淺處的樣品熒光強度強，位置較深處的樣品熒光強度弱，第二個焦點對應的圖像則正好相反。兩幅圖像的和反映了樣品的真實三維熒光強度，圖像的比值則反映了熒光的深度信息。該方法可一次分辨深度12微米內三維信息，熒光點軸向定位精度為0.63微米。梯度光場雙光子顯微鏡非常適合活體細胞的三維成像，在觀測巨噬細胞吞噬熒光小球的實驗中，能夠快速捕捉熒光小球在巨噬細胞內外的三維運動軌跡，并精確定量出巨噬細胞運載小球的速度。

　　相關成果以Axial gradient excitation accelerates volumetric imaging of two-photon microscopy為題，發表在Photonics Research上。研究得到國家自然科學基金重大科研儀器研制項目、重大研究計劃以及廣東省重點實驗室等支持。

（a）：梯度光場雙光子顯微成像原理、（b）：巨噬細胞吞噬小球過程、（c）：小球的運動軌跡、（d）：小球運動軌跡的量化與評估