雙光子顯微鏡 (TPM) 通過使研究人員能夠以高分辨率觀察活組織中的復雜生物過程，徹底改變了生物學領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的熒光顯微鏡技術(shù)相比，TPM 利用低能光子激發(fā)熒光分子進行觀察。這反過來又可以更深入地穿透組織，并確保熒光分子或熒光團不會被激發(fā)激光永久損壞。
然而，即使使用最先進的 TPM，某些生物過程也太快而無法記錄。限制 TPM 性能的設計參數(shù)之一是線掃描頻率，以每秒幀數(shù) (FPS) 衡量。這是指激發(fā)激光沿一個方向(例如，水平掃描)掃過目標樣品的速率。較慢的掃描頻率也會影響系統(tǒng)的整體 FPS，因為它決定了激光掃過另一個方向的速度，即垂直掃描?？傊?，這些在顯微鏡的時間分辨率和觀察框的大小之間產(chǎn)生了權(quán)衡。
為了解決這個問題，來自中國和德國的國際研究人員團隊最近開發(fā)了一種強大的 TPM 設置，具有前所未有的高線掃描頻率。根據(jù)他們發(fā)表在《神經(jīng)光子學》(Neurophotonics)上的報告，該顯微系統(tǒng)旨在以高時間和空間分辨率對快速生物過程進行成像。
將擬議的 TPM 與傳統(tǒng) TPM 區(qū)分開來的關(guān)鍵因素之一是使用聲光偏轉(zhuǎn)器 (AOD) 來控制激發(fā)激光的掃描。AOD 是一種特殊類型的晶體，其折射率可以通過聲波精確控制。反過來，這使我們能夠根據(jù)需要重新引導激光束通過它。更重要的是，與傳統(tǒng) TPM 中使用的檢流計相比，AOD 能夠?qū)崿F(xiàn)更快的激光轉(zhuǎn)向。
因此，該團隊使用二氧化碲 (TeO 2) 晶體設計了具有極高聲速的定制 AOD，實現(xiàn)了高線掃描頻率。有了這個 AOD，激光可以在僅僅 2.5 微秒內(nèi)掃描幀中的一條線，對應于 400 kHz 的最大線掃描頻率。同樣，該團隊使用 AOD 在另一個方向上實現(xiàn)了合理的慢速掃描頻率。
為了進一步提高顯微鏡的適應性，該團隊增加了在必要時切換到基于檢流計的激光掃描機制的選項。這允許以可接受的分辨率和速度掃描樣品的大區(qū)域，從而在切換到 AOD 掃描之前更容易定位感興趣的小區(qū)域。
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