深圳先进院提出可突破物镜标定视场极限的大视场高分辨双光子成像技术

双光子成像具备较强的组织穿透能力、较高的分辨率和固有的光学层析能力，适用于深层组织的活体研究。传统的双光子成像能维持细胞分辨率的视场直径往往小于1mm，限制了在大规模生物成像中的应用，如横跨多个脑区神经环路的结构与功能成像。近年来，一些新型技术通过设计特殊物镜和相应光学元件，实现可支持数毫米视场范围且保持细胞分辨率的双光子成像。但这些物镜并不是常规的商用光学元件，加工设计复杂，且使用时有较高的光学知识门槛，无法在生物成像研究中得到广泛应用。

针对这一问题，中国科学院深圳先进技术研究院研究员郑炜团队提出一种有效的自适应光学方法，可矫正在大扫描角度时（大视场成像）的离轴像差，从而突破物镜的标定视场限制，在仅集成商用光学元件的基础上即实现视场直径可达3.5mm且维持着800 nm横向分辨率的双光子成像。

物镜是显微成像系统的核心部件，而物镜标定视场是一个由物镜制造商提供的数值，反映了该物镜光学像差得到有效校准的最大成像视野范围。在标定视场外的区域虽然仍能探测到光信号，只是将这部分信号用于成像时，图像模糊且存在明显畸变。为利用这一特性，团队提出一种分割矫正的无波前自适应光学补偿方法，该方法能高效且稳定地恢复标定视场外的图像质量。利用这一方法，研究人员能清晰观测到几乎覆盖了1/4小鼠大脑的神经环路成像，也能在活体小鼠大脑上监测大规模分布的小胶质细胞和微血管。该技术无需特殊光学元件，可集成到任一标准的点扫描式光学显微镜中。

相关成果以Exploiting the potential of commercial objectives to extend the field-of-view of two-photon microscopy by adaptive optics为题，发表在Optics Letters上。研究由深圳先进院、香港理工大学联合完成，得到国家自然科学基金委、广东省重点实验室等项目支持。

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技术原理及Thy1-GFP-M小鼠脑片大视场成像结果