北大研製新一代微型化雙光子螢光顯微鏡 重量僅2.2克

程和平院士在發布會上介紹研究成果

　　歷經3年多的協同奮戰，北京大學分子醫學研究所、信息科學技術學院、生物動態光學成像中心、生命科學學院、工學院聯合中國人民解放軍軍事醫學科學院組成跨學科團隊，在國家自然科學基金委國家重大科研儀器研製專項《超高時空分辨微型化雙光子在體顯微成像系統》的支持下，成功研製新一代高速高分辨微型化雙光子螢光顯微鏡，重量僅為2.2克。

　　原始論文於5月29日在線發表於《自然》雜誌子刊Nature Methods(IF 25.3)，相關技術文檔同步發表於Protocol Exchange(DOI: 10.1038/protex.2017.048)，並已申請多項專利。新一代微型化雙光子螢光顯微鏡的成功研製是世界成像儀器領域的重大突破，為腦與認知科學、人工智慧研究的推進提供了重要工具。

新聞發布會現場

　　據介紹，該科研團隊通過這一微型顯微鏡獲取了小鼠在自由行為過程中大腦神經元和神經突觸活動清晰、穩定的圖像。該顯微鏡適於佩戴在小動物頭部，可實時記錄數十個神經元、上千個神經突觸的動態信號。在大型動物上，還可望實現多探頭佩戴、多顱窗不同腦區的長時程觀測。

　　研究團隊主要成員、北大分子醫學研究所研究員陳良怡說道：「這是我們第一次觀察到自由活動狀態下的小鼠是『怎麼想的』。通過這套新型顯微鏡，可以在自由活動的哺乳動物上對其神經活動進行更精準研究。」

　　美國著名神經科學家阿爾西諾·席爾瓦教授評論稱：「從任何一個標準來看，這款顯微鏡都代表了一項重大技術發明，必將改變我們在自由活動動物中觀察細胞和亞細胞結構的方式。」

程和平、陳良怡、王愛民、張雲峰、宗偉健、吳潤龍、李明立等研發團隊成員在發布會上與聽眾交流

　　作為國家重大科研儀器研製專項的一個碩果，新一代微型化雙光子螢光顯微成像系統的成功研製彰顯了北京大學在生物醫學成像領域先期布局的前瞻性，鍛鍊了一支以年輕PI和碩博研究生為主體、具有學科交叉背景和核心技術創新能力的「中國智造」隊伍。目前，該研發團隊正在領銜建設「多模態跨尺度生物醫學成像」「十三五」國家重大科技基礎設施，積極參與即將啟動的中國腦科學計劃。可以期待，微型化雙光子螢光顯微成像系統將為實現「分析腦、理解腦、模仿腦」的戰略目標發揮不可或缺的重要作用。

　　延伸閱讀

　　相比單光子激發，雙光子激發具有良好的光學斷層、更深的生物組織穿透等優勢，其橫向解析度達到0.65μm。新一代微型化雙光子螢光顯微鏡的成像質量可與商品化大型臺式雙光子螢光顯微鏡相媲美，遠優於目前領域內主導的、美國腦科學計劃核心團隊所研發的微型化寬場顯微鏡。採用雙軸對稱高速微機電系統轉鏡掃描技術，成像幀頻已達40Hz(256*256像素)，同時具備多區域隨機掃描和每秒1萬線的線掃描能力。此外，採用自主設計可傳導920nm飛秒雷射的光子晶體光纖，該系統首次實現了微型雙光子顯微鏡對腦科學領域最廣泛應用的指示神經元活動的螢光探針(如GCaMP6)的有效利用。同時採用柔性光纖束進行螢光信號的接收，解決了動物的活動和行為由於螢光傳輸光纜拖拽而受到幹擾的難題。未來，與光遺傳學技術的結合，可望在結構與功能成像的同時，精準地操控神經元和神經迴路的活動。

　　新一代微型化雙光子螢光顯微成像改變了在自由活動動物中觀察細胞和亞細胞結構的方式，可用於在動物覓食、哺乳、跳臺、打鬥、嬉戲、睡眠等自然行為條件下，或者在學習前、學習中和學習後，長時程觀察神經突觸、神經元、神經網絡、遠程連接的腦區等多尺度、多層次動態變化。

　　該成果在2016年底美國神經科學年會、2017年5月冷泉港亞洲腦科學專題會議上報告後，得到包括多位諾貝爾獎獲得者在內的國內外神經科學家的高度讚譽。

版權與免責聲明：

① 凡本網註明"來源：儀器信息網"的所有作品，版權均屬於儀器信息網，未經本網授權不得轉載、摘編或利用其它方式使用。已獲本網授權的作品，應在授權範圍內使用，並註明"來源：儀器信息網"。違者本網將追究相關法律責任。

② 本網凡註明"來源：xxx（非本網）"的作品，均轉載自其它媒體，轉載目的在於傳遞更多信息，並不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責，且不承擔此類作品侵權行為的直接責任及連帶責任。如其他媒體、網站或個人從本網下載使用，必須保留本網註明的"稿件來源"，並自負版權等法律責任。

③ 如涉及作品內容、版權等問題，請在作品發表之日起兩周內與本網聯繫，否則視為默認儀器信息網有權轉載。