Kính hiển vi soi nổi quét laser có khả năng chụp ảnh 3D thời gian thực
Vài ngày trước, nhóm chụp ảnh siêu phân giải của Phòng thí nghiệm trọng điểm cấp nhà nước về Quang học nhất thời và Công nghệ Photon của Viện Quang học và Cơ học Tây An, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã phát triển thành công kính hiển vi soi nổi thời gian thực quét laser kích thích hai photon .
Khi một con chuột trong phòng thí nghiệm nhìn thấy hình ảnh của một con mèo, não của nó hoạt động như thế nào? Thông tin mới này được truyền như thế nào trong một mạng thần kinh chứa hàng chục triệu tế bào thần kinh? Làm thế nào để sử dụng kính hiển vi quang học để nhìn vào bí ẩn? Đây là nghiên cứu khoa học đời sống đương đại đặt ra những thách thức mới đối với công nghệ hình ảnh kính hiển vi quang học.
Vài ngày trước, nhóm chụp ảnh siêu phân giải của Phòng thí nghiệm trọng điểm cấp nhà nước về Quang học nhất thời và Công nghệ Photon của Viện Quang học và Cơ học Tây An, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã phát triển thành công kính hiển vi soi nổi thời gian thực quét laser kích thích hai photon . "Nó cho phép chúng tôi quan sát thế giới vi mô ba chiều năng động trong thời gian thực giống như xem một bộ phim ba chiều, không có lát cắt ánh sáng và tái tạo hình ảnh ba chiều tốn thời gian." Tiến sĩ Yang Yanlong, một thành viên cốt cán của nhóm cho biết. Hóa ra kính hiển vi ánh sáng thông thường gặp phải hai vấn đề. Một vấn đề là độ sâu trường ảnh rất nhỏ và mỗi lần chỉ có thể nhìn thấy một lớp mỏng của mẫu và không thể nhìn thấy trực tiếp sự phân bố ba chiều của mẫu. Một vấn đề khác khó khăn hơn là: để bắt chước nhận thức của con người về thế giới ba chiều thông qua thị giác hai mắt, chùm tia Bessel cần được quét theo hai hướng. Nếu thời gian trễ của hình ảnh theo hai hướng này quá lớn, nó sẽ thoáng qua. Tín hiệu huỳnh quang không thể được bắt và định vị chính xác. Ví dụ, kính hiển vi huỳnh quang quét laser kích thích hai photon đã được sử dụng rộng rãi trong hình ảnh thần kinh và các lĩnh vực khác kể từ khi nó được đề xuất vào những năm 1990. Để hoàn thành hình ảnh 3D, thường cần hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm lớp hình ảnh 2D được xếp chồng lên nhau và tái tạo. Toàn bộ quá trình tạo ảnh 3D mất ít nhất vài phút và tốc độ rất chậm nên không thể đáp ứng được việc tạo ảnh 3D động của các sinh vật sống." Tiến sĩ Yang Yanlong giải thích.
Nhóm chụp ảnh siêu phân giải của Viện Quang học và Cơ học Tây An, do các nhà nghiên cứu Baoli Yao và Tong Ye đứng đầu, đã sử dụng chùm tia laze hội tụ kéo dài——chùm tia Bessel để hoàn thành quá trình quét. Cắt, hình ảnh rõ ràng của các mẫu 3D dày cùng một lúc. Các nhà nghiên cứu từ Viện Quang học và Cơ học Tây An đã vượt qua khó khăn và thiết kế một thiết bị quét laze phức tạp, thực hiện quét nhanh chùm tia Bessel ba bậc tự do và có thể chuyển đổi giữa các góc nhìn kép theo thứ tự mili giây (một phần nghìn một giây).
Điều đó có nghĩa là gì? Theo cách nói của những người bình thường, nếu một con ong bay ngang qua chúng ta, chúng ta cần hai mắt để nhìn thấy nó cùng một lúc, để não có thể nhận biết chính xác vị trí của nó. Nếu mắt trái và mắt phải mở và nhắm luân phiên, não sẽ không thể xác định chính xác vị trí của đàn ong. Việc chuyển đổi các phương tiện kỹ thuật mới ở "mức mili giây" cho phép hoàn thành hình ảnh ở chế độ xem kép ngay lập tức, để có thể ghi lại các thay đổi động ba chiều của mẫu trong thời gian thực.
Công nghệ này lần đầu tiên hiện thực hóa hệ thống hiển thị và hình ảnh hiển vi lập thể thời gian thực dựa trên chức năng quét laze hai chế độ xem và tốc độ hình ảnh ba chiều của nó cao hơn một đến hai bậc so với phương pháp quét từng điểm truyền thống. Điều đó có nghĩa là, quá trình chụp ảnh trước đây mất vài phút đến hàng chục phút giờ đây có thể được hoàn thành trong vài giây. Hệ thống hình ảnh hiển vi lập thể hai photon này cung cấp một công cụ quan sát mới cho hình ảnh ba chiều thời gian thực và hiển thị các sinh vật sống, có thể được sử dụng để quan sát sự truyền tín hiệu thần kinh nhất thời qua các mạng thần kinh. Điều này được hiểu rằng nghiên cứu này đã được hỗ trợ bởi "Chương trình Trăm tài năng" của Viện Khoa học Trung Quốc và Quỹ Khoa học Tự nhiên Quốc gia Trung Quốc. Từ việc xác minh các nguyên tắc cơ bản, đột phá trong các công nghệ chính, đến hoàn thành các nguyên mẫu nguyên tắc, nó đã trải qua nhiều liên kết khác nhau từ nghiên cứu cơ bản đến tích hợp ứng dụng.
Hiện tại, nhóm nghiên cứu đang tiến hành nghiên cứu hợp tác về các ứng dụng y sinh với các tổ chức nghiên cứu khoa học có liên quan trong và ngoài nước, và hy vọng sẽ sớm áp dụng công nghệ này vào lĩnh vực chụp ảnh nhanh ba chiều và hiển thị các sinh vật sống.
