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雙光子顯微鏡是Winfried Denk教授在1990年博士后期間發明的,今年正好是雙光子顯微鏡面世30周年,目前Winfried Denk供職于德國海德堡馬克斯-普朗克神經所。雙光子顯微鏡通??商峁┘s10–30 Hz的幀采集速率,通俗一些來說每秒鐘可采集10-30個圖像,速度較慢,這就限制了其使用。
科研人員一直試圖通過多種方式提高雙光子成像速度,主要分為三類:第一類通過聲光成像掃描技術開發的雙光子隨機掃描技術,將成像速度提高到千赫茲速率,實現毫秒級的光學記錄,可對細胞膜電壓進行記錄,但是犧牲了分辨率。
第二種最常見的提高成像速度的方法是將視角分為若干個子區域,并使用多個光束同時掃描這些子區域。已有研究采用四個光束同時進行掃描,其掃描速率高達250 Hz。
第三類就是最新出現的達到千赫茲采樣速率,也是我們今天要講的主題,千赫茲雙光子顯微鏡成像技術。
FACED成像是由Kevin K. Tsia?教授在2016年開發的,該技術實質上是一種脈沖展寬技術,在可見波長區域實現超快速激光掃描時間拉伸成像。簡單的來說,用圓柱透鏡將激光脈沖束聚焦在一維平面內并獲得一定會聚角,然后再將光束發射到一對間距為S,偏心角為α,幾乎平行的高反射鏡中,在鏡子多次反射之后,激光脈沖被分成傳播方向不同的多個子脈沖 。這些子脈沖以一定的時間間隔進行回射。這些子脈沖隨后通過輸出設備輸送到物鏡上,形成一組空間上分隔且時間延遲的焦點,從而實現線掃描。