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快速实时3D成像，新型显微镜带你领略生命的奇妙
2015-01-20 16:14:42 慕雪发布 来源:益择网
益择网讯（慕雪/编译）过去20年，荧光蛋白、转基因技术和大脑神经元发射过程的发现改变了生物医学研究，然而，捕获这些令人眼花缭乱动态过程的成像技术却迟迟没有出现；尽管共焦和双光子显微镜能从单一平面对活体样本成像，但对这些过程快速进行三维成像则遇到了很大阻碍。为此，哥伦比亚大学医学中心(CUMC)生物医学工程副教授伊丽莎白·希尔曼研究小组发明了一种新型显微镜——共焦平面对齐激发显微镜（SCAPE），它能以高于现有激光扫描共焦显微镜、双光子显微镜和片光源显微镜10到100倍的速度对活体生物进行实时三维成像，这使得它在生物医学和神经科学等广泛领域具有巨大应用潜力。
“使用SCAPE能对复杂生物成像，比如啮齿动物大脑的神经元发射、果蝇幼虫的爬行，斑马鱼心脏自发跳动时单个心脏细胞的情况。”希尔曼说，“SCAPE是变化的片光源成像，但是它打破了所有的规则。”传统片光源显微镜采用了两个笨拙的固定物镜，而SCAPE则使用单透镜来在不移动物体或样品的时候扫描光片。这种组合让SCAPE的使用既快速又简单，并且制造成本十分低廉。
虽然SCAPE的穿透深度还不能与传统双光子显微镜相竞争，但研究人员已经用它观察到了老鼠大脑表层三维神经元树突的发射；对斑马鱼鱼仔这样的微小有机体， SCAPE能够看透完整的器官。以高速对这些微小、无限制的生物进行三维追踪，SCAPE能同时捕获细胞结构、功能和行为。在成像过程中SCAPE还可以结合光遗传学和其他组织操作，因为它不需要任何运动成像物镜或创建三维图像的样品。SCAPE未来的用途将十分广泛，比如成像细胞复制、完整组织的功能和运动、三维细胞培养、组织结构的设计以及微流体动力学的三维成像和流动血细胞计数系统。研究人员还计划探索SCAPE的临床应用，比如无线电波频率的三维微型内窥镜和内科成像。新版本会在速度、分辨率、灵敏度和穿透深度上有巨大提升。
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