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平面光显微镜(selective plane illumination microscopy, SPIM)

已有 7267 次阅读 2013-6-13 06:24 |系统分类:科研笔记| 显微镜, 平面

  平面光显微镜是我们目前工作的重点,目前我们基本已经完成prototype样机的组装和调试。平面显微镜的思想成熟于1903年,但平面光显微镜技术直到2004年才真正在实验室中实现。他们的优势是快速低损伤的三维成像,每秒中可以采集一个三维图像,每毫秒可以采集一个2维图像。快速成像是追踪快速变化的细胞和发育过程所必须,因此成像技术的时间分辩率大于细胞的变化速度时我们才能看清这些过程。时间与空间分辩率同等重要,我们在考虑超分辩率显微镜技术总是讨论他们的水平和垂直分辩率,但我们忽略了时间分辩率,对生物研究来说,时间可能更重要。下面是我们组装的SPIM的模式图以及与上海神经所合作申请中国科学院重大仪器专项的介绍。

           



揭示大脑的结构和功能是当今自然科学最具挑战的研究领域之一。在人类基因 组工程后,世界上几大主要的生命科学研究力量开始挑战全脑结构和功能图谱(Brain Mapping). 在这个挑战性机遇中,斑马鱼将成为一个具有巨大研究潜力的模式动物,因为它神经系统发育时程短,拥有全身透明的成年突变体鱼,神经系统的大小适合现有的研究手段。当务之急是根据斑马鱼模型的特点,开发建立一系列全新的全脑观察的新技术新手段。在最前沿的荧光显微镜中,平面光显微镜是一个潜力巨大的生物成像解决方案。就目前而言,平面光显微镜拥有对全脑通路联接和功能图谱研究的独特优势:单个层扫描的时间在1-5毫秒的量级,超过激光共聚焦显微镜数百倍;而且可以获得与激光共聚焦显微镜相当的xy水平分辨率在双光子激发的条件下,z分辨率甚至可以超过共聚焦显微镜。这些特点使得平面光显微镜能够实现神经生物学家长期追求的两个研究前沿:1. 对全脑联接结构及其发育实现三维长时程的实时研究;2. 对全脑神经元群功能活动进行实时研究,目前首先能够实现全脑钙活动研究。新研发的平面光显微镜将极大地推进整个脑研究领域,及其他生命科学领域的原创性研究。

从中国研究用高端显微镜产业层面审视,目前国内高端显微镜市场几乎完全被国外各大显微镜企业所垄断。随着国内科研要求和水平的提升,研究机构对先进仪器的依赖和需求大大增加。国外实验室很多原创性工作是采用企业新开发但尚未上市的产品而实现的,这些产品资源往往是中国科学家无法最早享受到的。由于长期依赖国外产品,国内研究团体很难有机会采用一些全新开发的产品进行前沿研究。要改变这种现状,就必须要求我们加快科研团队与本国企业的合作研发,提升本土企业研发和升级高端成像设备的能力,从而更好地支持国内的研究机构开展高水平的原创性工作。特别在全脑结构和功能谱图研究机遇面前,国产平面光显微镜研制开发不仅会推动国内神经科学的原创性研究,也将拥有巨大国内外市场销售潜力。




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