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ミリ視野微細化二光子顕微鏡の発表
日付：2025-05-28読み：1
2023年9月20日、北京大学程和平-王愛民チームは学術ジャーナルOptics Expressオンラインで「Millimeter field-of-view miniature two-photo microscopy for brain imaging in freely moving mice」と題した研究論文を発表し、超次元景の最新配布されたミリイメージング視野マイクロ化二光子顕微鏡FHIRM-LFの設計原理とイメージング性能を明らかにした。この低倍率マイクロ対物レンズ、大視野走査鏡、小MEMS傾斜角などの特性を集積したマイクロ化二光子顕微鏡プローブは、重量が2.5グラムしかなく、イメージング視野は1000×788μm 2に達し、小動物の自由行動モデルにおける大脳ニューロン集団の動態機能を研究するために強大な観測ツールを提供した。北京大学未来技術学院の趙春竹補佐研究員は同論文の第1著者であり、北京大学の王愛民、呉潤龍は論文の共同通信著者である。
論文のオンラインスクリーンショット
ミリレベルの視野で高品質データが手に入る
典型的なマイクロ化単光子顕微鏡はそのミリスケール視野で知られているが、マイクロ化二光子顕微鏡はイメージング解像度、深さ、積層能力の面でより優れている。超次元景の最新のミリスケール視野微細化二光子顕微鏡FHIRM-LFは両者の優位性の融合を実現した。低倍率対物レンズ、大視野走査ミラーを設計し、MEMSの傾斜角を小さくすることにより、FHIRM-LFは1000×788μmを実現した2のイメージング視野を設定します。この顕微鏡プローブを利用して、著者は1000×788μm2マウス大脳皮質のニューロン、樹状突起、樹状突起棘の高解像度画像が視野下で観測された（図1）。
【図1.a】FHIRM−LFプローブ画像、b）1000×788μm2視野下、覚醒マウス大脳皮質GCAMP 6 s発現ニューロンイメージング図；c）覚醒THy 1-YFPHトランスジェニックマウス大脳皮質樹状突起と樹状突起棘のイメージング図。
GRIN Lens下の大視野高品質イメージング
勾配屈折率レンズGRIN Lensを介して中継される顕微イメージングでは、GRIN Lensが導入する収差はイメージング品質を大幅に低下させる。GRIN Lens下のFHIRM−LFプローブの効果を試験するために、著者らはGRIN Lens中継イメージングにより自由運動マウス海馬ニューロンを観察した（図2）。イメージングプローブの視野は1000×788μm 2、イメージングフレームレートは9 Hz、600×512画素の条件下で、イメージング視野範囲はGRIN Lens自身の漸暈作用によりわずかに影響を受けているにもかかわらず、その有効視野は約900×788μm 2に達している。自由運動マウスの海馬背側CA 1サブ領域をGRIN Lensによりイメージング記録し、このイメージングプローブFHIRM-LFは計約400個のニューロンカルシウム過渡データの高品質収集を実現し、これらの生データの平均信号対雑音比は9.2で、98%のニューロンカルシウム過渡信号対雑音比は3より大きい。
図2.自由運動マウスの海馬背側CA 1を直径1 mmのGRIN Lensにより中継撮像した。FHIRM-LFを用いて自由行動マウスに対して連続18.3分間のイメージング記録を行い、図中に記録した395個のニューロン分割図及びカ2+痕跡を残し、これらのニューロンカルシウムの過渡的な信号対雑音比を示した。
ミリスケール視野における500μmまでの自由ズーム
超次元ミクロ化二光子顕微鏡システムには先進的な軸方向ズームETLモジュールが搭載されている。液体レンズの原理を利用して、微細化二光子顕微鏡による大脳皮質の異なる機能層ニューロンの同時イメージング記録を実現する。取り外し可能なズームETLモジュールを結合し、ミリ大視野プローブFHIRM-LFの軸方向ズーム範囲を500μmに拡大し、マウス大脳皮質イメージングにおいて1000×788×500μmの採取を実現する3体積のニューロン画像（図3）。また、ズームETLモジュールを搭載した後も、二光子顕微イメージングは理論回折限界に近い能力で、イメージング解像度を一定に維持した。
図3.FHIRM-LF分解可能ズームETLモジュールを組み合わせた覚醒マウス皮質1000×788×500μm3の3次元体積イメージングを行います。