近日，中國科學院深圳先進技術研究院鄭煒研究員團隊在Optics Letters上發表了題為“Exploiting the potential of commercial objectives to extend the field-of-view of two-photon microscopy by adaptive optics”的文章，報導了一種可突破物鏡標定視場極限的大視場高分辨雙光子成像科技。姚靖博士為論文第一作者，深圳先進院助理研究員葉世蔚博士為通訊作者。
雙光子成像因其具備較强的組織穿透能力、較高的分辯率和固有的光學層析能力，非常適用於深層組織的活體研究。然而，傳統的雙光子成像能維持細胞分辯率的視場直徑往往小於1mm，限制了該科技在大規模生物成像中的應用，比如橫跨多個腦區神經環路的結構與功能成像。近年來，一些新型科技通過設計特殊物鏡和相應光學元件，實現了可支持數毫米視場範圍且保持細胞分辯率的雙光子成像。但是這些物鏡並不是常規的商用光學元件，不僅加工設計複雜，而且使用時也有較高的光學知識門檻限制，使得這些系統無法在生物成像研究中得到廣泛應用。
針對這一問題，姚靖、葉世蔚等人提出了一種有效的自我調整光學方法，可以矯正在大掃描角度時（大視場成像）的離軸像差，從而突破物鏡的標定視場限制，在僅集成商用光學元件的基礎上就實現了視場直徑可達3.5mm且維持著800 nm橫向分辯率的雙光子成像。
物鏡是顯微成像系統的核心部件，而物鏡標定視場是一個由物鏡製造商提供的數值，反映了該物鏡光學像差得到有效校準的最大成像視野範圍。在標定視場外的區域雖然仍能探測到光訊號，只是將這部分訊號用於成像時，影像模糊且存在明顯畸變。為了利用這一特性，團隊提出了一種分割矯正的無波前自我調整光學補償方法，該方法能高效且穩定地恢復標定視場外的圖像品質（圖1（a））。利用這一科技，研究人員能清晰觀測到了幾乎覆蓋了1/4小鼠大腦的神經環路成像（圖1（b）），也能在活體小鼠大腦上監測大規模分佈的小膠質細胞和微血管。該科技無需特殊光學元件，可以集成到任一標準的點掃描式光學顯微鏡中。
該工作得到了國自然重大科研儀器、國自然重大研究計畫以及廣東省重點實驗室等項目的支持，是由中國科學院深圳先進技術研究院和香港理工大學聯合完成的。
圖1：科技原理（a）及Thy1-GFP-M小鼠腦片大視場成像結果（b）
論文連結：https://opg.optica.org/ol/fulltext.cfm？uri=ol-47-4-989&id=469460