[实用新型]微型双光子显微成像装置、小动物行为成像系统

说明书

本实用新型公开了一种微型双光子显微成像装置、小动物行为成像系统，所述微型双光子显微成像装置包括：飞秒脉冲激光器，其用于产生波长为920纳米的激光；飞秒脉冲激光调制器，其用于接收所述飞秒脉冲激光器输出的激光，并预啁啾补偿激光的脉冲展宽至预设值，并输出；微型探头，所述微型探头包括：扫描成像部分，用于接收所述飞秒脉冲激光调制器输出的激光，该激光对活体样本内部的组织进行扫描，以激发所述活体样本产生荧光信号；和荧光输出光纤，其用于接收所述扫描成像部分输出的所述荧光信号，并进行输出。所述微型双光子显微成像装置能够在自然生理环境中对自由活动的动物的树突和树突棘活动进行稳定的观测。

技术领域

本实用新型涉及光学成像技术领域，特别是涉及一种微型双光子显微成像装置、小动物行为成像系统。

背景技术

神经科学的最终目标之一是在自由活动的动物上了解亚细胞、细胞、环路和更高层次的神经元信息处理的基本原理。结合荧光指示剂，光学显微镜已经成为这一任务中的基本研究工具，因为它允许在多个时间和空间尺度上直接观测神经元活动。单个突触是信息传递，处理和存储的基本单位，对于理解脑功能和疾病机理至关重要。突触后结构--树突棘是亚微米结构，深埋在脑内，并以毫秒级的速度活动。由于其固有的光学切片和深层组织穿透能力，多光子显微镜一直是过去二十年内体内无创光学脑成像的首选技术。使用台式双光子显微镜(英文全称为“Two-Photon Microscopy”，下文均简称为“TPM”)，已能够在活体内观察到树突棘的形态变化，比如学习和记忆的神经元的活动。观察在清醒状态下活体样本头部复杂的树突棘活动可以通过配备有快速图像采集(采集频率大于15Hz)、高激发和光电探测效率的最先进的台式多光子显微镜实现。然而，活体样本的头部一直被固定，整个实验期间都处在物理约束和情绪压力下，而且没有先验证据表明神经元对外界的响应在虚拟现实和自由探索下是等价的。更重要的是，许多社会行为，比如亲子护理、交配和战斗，都不能用头部固定的实验来研究。

为了应对这些挑战，一个理想的解决方案是开发能够长时间观察活体样本在自由活动过程中的树突棘的结构和功能动态的微型化显微镜。Denk和他的同事在2001年建立了基于光纤尖端扫描的第一个微型双光子显微镜(英文全称为“micro Two-PhotonMicroscopy”，下文均简称为“mTPM”)，然后接下来的十年里，其他许多课题组采取不同方法继续尝试。然而，这些mTPM没有一个被用于后续的生物应用，主要是由于两个主要的限制：第一，没人能够成像应用最广泛的荧光探针，如GCaMPs，原因是缺乏适当的光纤用来传输920 纳米飞秒激光脉冲，以保证脉冲到样品没有失真。第二，mTPMs在体内实验中经常表现出低于它们的理论分辨率，原因可能是采样率低，微型渐变折射率(英文全称为“Graded-Index Lenses”，下文均简称为“GRIN”)透镜的像差，微型光学器件的缺陷和运动引起的成像噪声等等。目前，树突棘分辨率的神经元结构的活动不能被mTPMs很好的解决，尽管其理论横向分辨率为大约1μm。

另一方面，微型单光子宽场显微镜，例如由Ghosh及其同事开发的显微镜，已经实现了快速采集和大视场(英文全称为“Field of Vision”，下文均简称为“FOV”)以及解决了运动引起的噪声问题(在神经元分辨率)。然而，当前的无创微型宽场显微镜仅能获得细胞分辨率，并且图像对比度受到累积的焦外背景信号的影响。到目前为止，可以提供很好的成像能力和实验方案，而且足够强大到可以满足神经科学家的日常实验的新型的mTPM仍有待完成。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种微型双光子显微成像装置来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。