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NI FlexRIO 賦能尖端雙光子顯微鏡，推動(dòng)科技前沿
NI FlexRIO 賦能尖端雙光子顯微鏡，推動(dòng)科技前沿。
院校：香港中文大學(xué)
科研團(tuán)隊(duì)：香港中文大學(xué)機(jī)械與自動(dòng)化工程系的研究團(tuán)隊(duì)
研究背景
雙光子顯微鏡（Two-Photon Excitation Microscopy, TPE） 作為一種革命性的成像技術(shù)， 以其卓越的光學(xué)切片能力和深度分辨率， 成為研究活體細(xì)胞、 組織及動(dòng)物的利器。這項(xiàng)技術(shù)通過同時(shí)吸收兩個(gè)光子來激發(fā)熒光分子， 從而實(shí)現(xiàn)深度組織的高分辨率成像， 極大地減少了樣品的光損傷， 使其特別適用于活體樣品的長(zhǎng)期觀察。然而， 傳統(tǒng)TPE顯微鏡在成像速度和掃描方法上的局限性， 限制了對(duì)快速動(dòng)態(tài)生物過程的觀察， 如神經(jīng)信號(hào)傳遞、 細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和快速生理變化。
香港中文大學(xué)機(jī)械與自動(dòng)化工程系的研究團(tuán)隊(duì)， 一直致力于突破這些技術(shù)瓶頸。該團(tuán)隊(duì)在生物光子學(xué)和神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域具有豐富的研究經(jīng)驗(yàn)， 尤其在開發(fā)高性能成像系統(tǒng)和新型光學(xué)技術(shù)方面取得了顯著成績(jī)。他們的最新項(xiàng)目旨在開發(fā)一種基于數(shù)字微鏡器件（DMD）的多模態(tài)雙光子顯微鏡系統(tǒng)， 通過集成超快速光束整形和隨機(jī)訪問掃描功能， 并結(jié)合共振掃描儀， 開創(chuàng)一系列全新的成像功能。這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)活體生物樣品的高分辨率、 快速和多功能成像， 推動(dòng)神經(jīng)科學(xué)、 發(fā)育生物學(xué)和干細(xì)胞研究的突破性進(jìn)展。
*Design of a multi-modality DMD-based two-photon microscope system, Optical Express, 2020
開發(fā)這個(gè)復(fù)雜且功能強(qiáng)大的顯微鏡系統(tǒng)，研究團(tuán)隊(duì)面臨諸多挑戰(zhàn)：
通過實(shí)時(shí)計(jì)算CGH全息圖進(jìn)行DMD控制：為了實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的光路控制， 需要使用LabVIEW中的mathscript功能， 實(shí)現(xiàn)用戶通過直接輸入多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)， LabVIEW便可以直接實(shí)時(shí)計(jì)算出CGH全息圖并傳入DMD中的效果。
可配置的多模塊同步控制： 整個(gè)系統(tǒng)需要DMD、 共振掃描儀和光檢測(cè)器的同步控制，確保系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行；此外， 在生物實(shí)驗(yàn)往往由于研究對(duì)象和特征的不同， 對(duì)顯微鏡觀察順序和方法有特殊要求， 這就對(duì)多模塊同步控制的次序， 組合方式有靈活的可配置需求。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理： 系統(tǒng)需要支持多焦點(diǎn)光刺激和實(shí)時(shí)成像， 滿足生物實(shí)驗(yàn)的高時(shí)間分辨率需求， 同時(shí)確保采集到的原始數(shù)據(jù)可以得到實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和處理。
解決方案
科研人員基于NI的PXI平臺(tái)和LabVIEW，搭建了一個(gè)具有多層成像、波前校正以及多焦點(diǎn)光刺激的多模態(tài)雙光子顯微鏡系統(tǒng)，其采集和控制系統(tǒng)組成如下：
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