مجهر ستيريو لمسح ليزر قادر على التصوير ثلاثي الأبعاد في الوقت الحقيقي
قبل أيام قليلة ، نجح فريق التصوير فائق الدقة التابع لمختبر الدولة الرئيسي للبصريات العابرة وتكنولوجيا الفوتون في معهد شيان للبصريات والميكانيكا ، الأكاديمية الصينية للعلوم ، في تطوير مجهر استريو ضوئي ثنائي الفوتون. .
عندما يرى فأر المختبر صورة قطة ، كيف يعمل دماغها؟ كيف يتم نقل هذه المعلومات الجديدة في شبكة عصبية تحتوي على عشرات الملايين من الخلايا العصبية؟ كيف تستخدم المجهر الضوئي لإلقاء نظرة خاطفة على اللغز؟ هذا بحث معاصر في علوم الحياة يطرح تحديات جديدة لتكنولوجيا التصوير المجهري البصري.
قبل أيام قليلة ، نجح فريق التصوير فائق الدقة التابع لمختبر الدولة الرئيسي للبصريات العابرة وتكنولوجيا الفوتون في معهد شيان للبصريات والميكانيكا ، الأكاديمية الصينية للعلوم ، في تطوير مجهر استريو ضوئي ثنائي الفوتون. . "يسمح لنا بمراقبة العالم المجهري الديناميكي ثلاثي الأبعاد في الوقت الفعلي مثل مشاهدة فيلم ثلاثي الأبعاد ، بدون شرائح ضوئية وإعادة بناء صورة ثلاثية الأبعاد تستغرق وقتًا طويلاً." قال الدكتور يانغ يان لونغ ، عضو أساسي في الفريق. اتضح أن الفحص المجهري للضوء التقليدي عانى من مشكلتين. تتمثل إحدى المشكلات في أن عمق التصوير للمجال صغير جدًا ، ولا يمكن رؤية سوى طبقة رقيقة من العينة في كل مرة ، ولا يمكن رؤية التوزيع ثلاثي الأبعاد للعينة بشكل مباشر. مشكلة أخرى أكثر صعوبة هي: من أجل محاكاة الإدراك البشري للعالم ثلاثي الأبعاد من خلال الرؤية المجهرية ، يجب مسح شعاع Bessel في اتجاهين. إذا كان التأخير الزمني للتصوير في هذين الاتجاهين كبيرًا جدًا ، فسيكون عابرًا ولا يمكن التقاط إشارة الفلورسنت وتحديد موضعها بدقة. على سبيل المثال ، تم استخدام الفحص المجهري للمسح الضوئي بالليزر ثنائي الفوتون على نطاق واسع في التصوير العصبي ومجالات أخرى منذ اقتراحه في التسعينيات. لإكمال التصوير ثلاثي الأبعاد ، يتطلب عادةً تركيب وإعادة بناء عشرات أو حتى مئات طبقات الصور ثنائية الأبعاد. تستغرق عملية التصوير ثلاثية الأبعاد بأكملها بضع دقائق على الأقل ، وتكون السرعة بطيئة جدًا ، لذا لا يمكنها تلبية التصوير الديناميكي ثلاثي الأبعاد للكائنات الحية ". أوضح الدكتور يانغ يان لونغ.
استخدم فريق التصوير فائق الدقة التابع لمعهد شيان للبصريات والميكانيكا ، بقيادة الباحثين باولي ياو وتونغ يي ، شعاعًا ممدودًا مركّزًا من الليزر —— شعاع بيسيل لإكمال المسح. التقطيع والتصوير الواضح لعينات سميكة ثلاثية الأبعاد في وقت واحد. تغلب باحثون من معهد شيان للبصريات والميكانيكا على الصعوبات وصمموا جهازًا معقدًا للمسح بالليزر ، والذي حقق مسحًا سريعًا بثلاث درجات من الحرية لحزم Bessel ، ويمكنه التبديل بين زوايا المشاهدة المزدوجة بترتيب أجزاء من الألف من الثانية. ثانية).
ماذا يعني هذا؟ بعبارات الشخص العادي ، إذا مرت نحلة أمامنا ، فنحن بحاجة إلى عينين لرؤيتها في نفس الوقت ، حتى يتمكن الدماغ من إدراك موقعها بدقة. إذا فتحت العينان اليمنى واليسرى وأغلقتا بالتناوب ، فسيكون من المستحيل تحديد موضع النحل بدقة. يتيح تبديل الوسائل التقنية الجديدة على "مستوى مللي ثانية" إكمال التصوير ثنائي الرؤية في لحظة ، بحيث يمكن التقاط التغييرات الديناميكية ثلاثية الأبعاد للعينة في الوقت الفعلي.
تحقق هذه التقنية نظام تصوير وعرض مجسم في الوقت الحقيقي يعتمد على المسح بالليزر ثنائي الرؤية لأول مرة ، وسرعة التصوير ثلاثي الأبعاد الخاصة بها أعلى بمقدار واحد أو اثنين من طريقة المسح التقليدية نقطة تلو الأخرى. وهذا يعني أن عملية التصوير التي كانت تستغرق من دقائق إلى عشرات الدقائق يمكن الآن إكمالها في بضع ثوانٍ. يوفر نظام التصوير المجسم المجسم ثنائي الفوتون أداة مراقبة جديدة للتصوير في الوقت الحقيقي ثلاثي الأبعاد وعرض الكائنات الحية ، والتي يمكن استخدامها في مراقبة مرور الإشارات العصبية العابرة عبر الشبكات العصبية. من المفهوم أن هذا البحث قد تم دعمه من قبل "برنامج المئات من المواهب" التابع للأكاديمية الصينية للعلوم والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين. من التحقق من المبادئ الأساسية ، والاختراقات في التقنيات الرئيسية ، إلى إكمال النماذج الأولية الرئيسية ، فقد مرت عبر روابط مختلفة من البحث الأساسي إلى تكامل التطبيق.
في الوقت الحاضر ، تقوم مجموعة البحث بإجراء بحث تعاوني حول التطبيقات الطبية الحيوية مع مؤسسات البحث العلمي ذات الصلة في الداخل والخارج ، وتأمل في تطبيق هذه التكنولوجيا في مجال التصوير السريع ثلاثي الأبعاد وعرض الكائنات الحية في أقرب وقت ممكن.
