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DMD在双光子激发显微镜中应用

发布时间:2021-12-02 14:21:53 浏览量:2552 作者:Damian

摘要

时间聚焦多光子激发显微镜(Temporal focusing multiphoton microscopy)是一种保持深度分辨率同时高度并行多光子显微镜。传

统的时间聚焦宽视场配置存在轴向分辨率不佳的问题。而使用数字微镜器件(DMD)可实现线扫描的时间聚焦方案,对传统方案优化:

动态并行扫描(成像速度)提高轴向分辨率。这种方案可有效提高显微镜分辨能力。

正文


DMD在双光子激发显微镜中应用

时间聚焦是一种高度并行的激光激发技术,广泛应用于细胞动态成像、光遗传学和微制造等领域。虽然时间聚焦多光子激发显微镜能在

视场成像,但在轴向分辨率方面传统点扫描多光子显微技术更占优势。一种改进方式是采用线扫描的工作方式,将光线聚焦到线中来

对激发平面进行图形化,提高轴向分辨率。而使用DMD可以有效实现对光的快速空间调制,在激发面形成动态图样。同时由于DMD的

图样可编程性,可以控制线宽,也可以同时照明多条线,并快速扫过样品。这有利于实际实验中平衡照明区域和轴向分辨率的不同需

求。


 

上图为实验装置示意图。激光束经过反射光栅衍射,通过两个凸透镜将经过衍射的光束投射在DMD的微镜阵列上。由DMD对光束空间

调制后,光束被滤光片反射到物镜,将DMD图样聚焦到样品中。


实验使用绿色荧光量子点样品比较广域时间对焦和基于DMD的线扫描时间对焦技术的轴向分辨率。DMD选取不同宽度的条纹图样对比

结果,条纹宽度3像素直到全部像素(全亮)。


 

宽场时间聚焦激发(红点)和线扫描时间聚焦激发(蓝点)的z轴综合荧光强度分布图比较。DMD的尺寸为128 × 128像素,宽视场测量为

“on”,行扫描模式为128 × 3像素序列为“on”。数据拟合为洛伦兹函数(实线)。


上图比较两种方案在z轴上的分辨能力,线扫描照明的FWHM比宽场照明明显减少,表明线扫描轴向分辨率有提高。


使用花粉颗粒作为样品比较:


 

花粉粒的双光子时间聚焦荧光图像。花粉颗粒的图像为宽场、128 × 128 个"开"像素和 8 行 128 × 3 个"开"像素。花粉颗粒在最大荧

光强度下由广域和线扫描模式的图像分别显示(a,b)。(c) 广域(黑色)和花粉颗粒上的线扫描(品红色)模式(a,b)。

通过(c)可得到线扫描模式分辨能力更强。比较(a)(b),还可得知线扫描能够消除宽场模式的“幽灵”条纹。“幽灵”条纹不是

花粉的图像特征,是仪器组件互相干扰产生的现象。


使用DMD的线扫描时间聚焦双光子激发显微镜相较于传统的的宽场时间聚焦双光子显微镜,在轴向分辨率方面有明显提高。同时由于

DMD的高速空间调制性能,可以完成并行线扫描(缩短成像时间),并自如根据实际实验要求平衡视场宽度与轴向分辨率(改变DMD

图样)。


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