【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，超快光科學(xué)與技術(shù)全國重點實驗室姚保利研究員團隊在大視場雙光子散射顯微成像領(lǐng)域取得進展，相關(guān)研究成果發(fā)表于光學(xué)類國際知名期刊Nanophotonics。論文第一作者為中國科學(xué)院西安光機所2021級博士研究生楊睿文，通訊作者為姚保利研究員和楊延龍正高級實驗師，中國科學(xué)院西安光機所是第一完成單位和通訊單位。
 

　　在生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，尤其是深層組織成像中，樣品的散射和系統(tǒng)的像差會嚴(yán)重降低圖像質(zhì)量并限制成像深度。自適應(yīng)光學(xué)(AO)技術(shù)通過補償波前畸變來提高成像質(zhì)量，最早在天文學(xué)中用于校正大氣湍流的影響，后被引入顯微成像領(lǐng)域以校正像差和生物組織的散射。目前雙光子顯微成像領(lǐng)域最常見的AO方法是Zernike模式分解法，該方法對于較弱的像差補償效果較好，但受光學(xué)記憶效應(yīng)范圍的限制，校正相位僅僅對于一個小區(qū)域視場有較好的效果。
 

　　針對上述問題，研究團隊提出了一種針對深層組織顯微成像的大視場波前校正方法——基于圖像的干涉焦點感應(yīng)波前校正方法(圖1)。該方法利用全視場圖像信息評估參數(shù)作為干涉焦點感應(yīng)方法的輸入，獲得了更穩(wěn)定校正效果的同時，展現(xiàn)出高穩(wěn)定、抗干擾的特點。
 

圖1 基于圖像的干涉焦點感應(yīng)(IBIFS)方法原理圖
 

　　在共振掃描振鏡雙光子激發(fā)熒光顯微成像系統(tǒng)中，研究人員首先對散射體下的熒光小球樣品進行了大視場波前校正(圖2)，實驗結(jié)果表明，基于小區(qū)域信號校正的方法(ROI-based)僅對參考點B1附近的視場有較好的校正效果，而IBIFS方法(MHF-based)可以利用全視場的圖像信息反饋調(diào)節(jié)校正相位，具有全視場的校正效果。
 

圖2 熒光小球樣品的散射校正實驗結(jié)果
 

　　在小鼠腦神經(jīng)切片樣品散射校正實驗中，實驗結(jié)果(圖3)顯示ROI-based的校正效果依賴于參考區(qū)域的樣品結(jié)構(gòu)分布，局部優(yōu)化效果較好而全局優(yōu)化效果較差。而IBIFS方法校正后的圖像總強度增強倍數(shù)比基于小區(qū)域信號的方法高37%，實現(xiàn)了更穩(wěn)定的大視場校正。該技術(shù)可應(yīng)用于高速共振掃描雙光子顯微鏡，為腦科學(xué)、發(fā)育生物學(xué)等領(lǐng)域提供增強顯微成像工具。
 

　　研究受到國家自然科學(xué)基金委員會國家重大科研儀器研制項目、國家重點研發(fā)計劃、陜西省重點產(chǎn)業(yè)鏈等項目的支持。
 

圖3 小鼠大腦切片樣品的散射校正實驗結(jié)果
 

　　姚保利團隊近年來在利用超短脈沖激光的顯微成像領(lǐng)域進行了深入研究，利用光場調(diào)控技術(shù)實現(xiàn)了具有高景深的類貝塞爾光束的快速立體掃描成像，先后承擔(dān)了中國科學(xué)院科研裝備研制項目和國家重大科研儀器研制項目，并與多家科研院所和高校開展了合作研究。此外，團隊在基于光場調(diào)控的光學(xué)顯微成像和光學(xué)微操縱方面開展了長期的理論和實驗研究工作，在PNAS、Nature Com.、PRL、Rep. Prog. Phys.、Adv. Opt. Photon.等期刊發(fā)表論文300余篇，授權(quán)多項國家發(fā)明專利，曾獲陜西省科學(xué)技術(shù)一等獎、二等獎和陜西省重點科技創(chuàng)新團隊等獎勵和榮譽。