“光子”能够看清巨噬细胞运动轨迹的双光子三维成像？新技术再次增光添彩

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进行两次二维扫描就能够获得样品的三维信息？别惊讶，这样的技术还真存在。近日，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基于激发光梯度编码的快速三维成像技术，可使双光子体成像速度比传统技术提升5至10倍。

视觉是人类获取信息最重要的方式，随着电子信息技术的发展，图像采集和显示技术逐渐成为人类视觉信息获取过程中的重要载体，图像采集和显示技术极大拓展了人类的视野，使得我们可以看到很多无法直接用肉眼观察的场景，例如遥远的星系、微观世界或是穿透表面看到身体的内部。

而三维成像技术，从通俗点的角度来理解，即一个客观的世界是三维的，客观世界的三维图像通过某种技术来把它记录下来，然后进行处理、压缩、再传输、显示，最后在人的大脑中再现客观世界的图像。三维成像技术能够让图像包含空间中每个点位的三维坐标信息，这种技术有助于计算机进行三维图像的识别与分析。如今，三维成像技术也被广泛运用，例如在建筑房地产行业，我们可以运用这种技术，让建筑物本身在视觉呈现上更加立体、直观、快捷、全面。三维成像技术更是让医疗行业如虎添翼，三维动画提供了最真实的结构影像，其真实性、准确性、直观性等特点，为医学领域中对沟通和交流的困难给予了极大的帮助。

双光子显微镜则是一种具有亚微米级的成像分辨率和毫米级的成像深度，结合了激光扫描共聚焦显微镜和双光子激发技术。其原理是在高光子密度的情况下，荧光分子可以同时吸收2个长波长的光子，在经过一个很短的所谓激发态寿命的时间后，发射出一个波长较短的光子；其效果和使用一个波长为长波长一半的光子去激发荧光分子是相同的。双光子显微镜被广泛应用在神经结构和功能成像以及其他活体成像研究中。

传统的双光子三维成像是将双光子激发的焦点在样品中进行逐层的二维扫描来实现的，但这种三维成像方法不仅速度受限增加了样品暴露在了高能激光中的时间，并且对生物组织会造成光损伤和光漂白，不利于活体组织的长时间成像。

而郑炜团队所提出的新型梯度光场双光子显微成像技术只需要进行两次二维扫描即可获得样品的三维信息，极大降低了激光对样品的损害。在生活中，我们可以利用编码来确定位置，而这种新型梯度光场双光子显微成像技术就是涉及了一对轴向拉长并且强度梯度变化的焦点，并利用这对焦点的强度变化来编码并解析出物体的位置：横向扫描第一个梯度焦点得到的图像中，位置较浅处的样品荧光强度强，位置较深处的样品荧光强度弱，第二个焦点对应的图像则正好相反。两幅图像的和反映了样品的真实三维荧光强度，图像的比值则反映了荧光的深度信息。

这种方法可以一次分辨深度12微米内三维信息，荧光点轴向定位精度为0.63微米。梯度光场双光子显微镜非常适合活体细胞的三维成像，在观测巨噬细胞吞噬荧光小球的实验中，能够快速捕捉荧光小球在巨噬细胞内外的三维运动轨迹，并精确定量出巨噬细胞运载小球的速度。

巨噬细胞作为固有免疫的重要组成部分，不仅能够参与机体的防御功能，还可以吞噬杀伤病原体、内寄生菌和肿瘤等靶细胞，是对于人体而言相当重要的一种白血球。能够精确地观察到巨噬细胞的运动轨迹，使得医学界可以据此来判断出更多的病毒情况，这种新型梯度光场双光子显微成像技术的提出，在医学领域的运用前景十分广阔。无论如何，这项技术的进一步发展都是值得期待的。

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