מיקרוסקופ סטריאו סריקת לייזר המסוגל לבצע הדמיה תלת מימדית בזמן אמת
לפני מספר ימים, צוות ההדמיה ברזולוציית העל של מעבדת המפתח של המדינה לאופטיקה חולפת וטכנולוגיית פוטון של מכון שיאן לאופטיקה ומכניקה, האקדמיה הסינית למדעים פיתח בהצלחה מיקרוסקופ סטריאו בזמן אמת לעירור שני פוטונים .
כאשר עכבר מעבדה רואה תמונה של חתול, כיצד פועל המוח שלו? כיצד המידע החדש הזה מועבר ברשת עצבית המכילה עשרות מיליוני נוירונים? איך להשתמש במיקרוסקופ אופטי כדי להציץ לתוך התעלומה? זהו מחקר מדעי החיים העכשווי מציב אתגרים חדשים לטכנולוגיית הדמיה במיקרוסקופיה אופטית.
לפני מספר ימים, צוות ההדמיה ברזולוציית העל של מעבדת המפתח של המדינה לאופטיקה חולפת וטכנולוגיית פוטון של מכון שיאן לאופטיקה ומכניקה, האקדמיה הסינית למדעים פיתח בהצלחה מיקרוסקופ סטריאו בזמן אמת לעירור שני פוטונים . "זה מאפשר לנו להתבונן בעולם המיקרוסקופי התלת מימדי הדינמי בזמן אמת כמו צפייה בסרט תלת מימדי, ללא פרוסות אור ושחזור תמונה תלת מימדית שגוזל זמן". ד"ר יאנג יאנלונג, חבר ליבה בצוות, אמר. התברר שמיקרוסקופ אור קונבנציונלי סבל משתי בעיות. בעיה אחת היא שעומק השדה של ההדמיה קטן מאוד, וניתן לראות רק שכבה דקה של המדגם בכל פעם, ולא ניתן לראות ישירות את ההתפלגות התלת מימדית של המדגם. בעיה נוספת קשה יותר היא: על מנת לחקות את התפיסה האנושית של העולם התלת מימדי באמצעות ראייה דו-עינית, יש לסרוק את אלומת בסל לשני כיוונים. אם עיכוב הזמן של ההדמיה בשני הכיוונים הללו גדול מדי, הוא יהיה חולף. לא ניתן לתפוס ולמקם במדויק את אות הפלורסנט. לדוגמה, מיקרוסקופ פלואורסצנטי סריקת לייזר עם עירור שני פוטונים נמצא בשימוש נרחב בהדמיה עצבית ובתחומים אחרים מאז שהוצעה בשנות ה-90. כדי להשלים הדמיה תלת-ממדית, זה בדרך כלל דורש עשרות או אפילו מאות שכבות של תמונות דו-ממדיות שיושלמו ושחזור. כל תהליך ההדמיה התלת-ממדית לוקח לפחות כמה דקות, והמהירות איטית מאוד, כך שהוא לא יכול לעמוד בהדמיה תלת-ממדית דינמית של אורגניזמים חיים." הסביר ד"ר יאנג יאנלונג.
צוות ההדמיה ברזולוציית העל של מכון שיאן לאופטיקה ומכניקה, בראשות החוקרים באולי יאו וטונג יה, השתמש בקרן לייזר ממוקדת מוארכת - קרן בסל כדי להשלים את הסריקה. חיתוך הדמיה ברורה של דגימות תלת מימד עבות בבת אחת. חוקרים ממכון שיאן לאופטיקה ומכניקה התגברו על קשיים ותכננו מכשיר סריקת לייזר מורכב, אשר מימש סריקה מהירה של שלוש דרגות חופש של קרני Bessel, ויכול לעבור בין זוויות ראייה כפולות בסדר גודל של אלפיות השנייה (אלפיות של שנייה).
מה זה אומר? במונחים של הדיוט, אם דבורה עפה על פנינו, אנו זקוקים לשתי עיניים כדי לראות אותה בו-זמנית, כדי שהמוח יוכל לתפוס במדויק את מיקומה. אם עיני שמאל וימין נפתחות ונסגרות לסירוגין, המוח יצליח לקבוע במדויק את מיקומן של הדבורים. החלפת האמצעים הטכניים החדשים ב"רמת אלפיות השנייה" מאפשרת להשלים את ההדמיה הכפולה ברגע, כך שניתן ללכוד את השינויים הדינמיים התלת מימדיים של המדגם בזמן אמת.
טכנולוגיה זו מיישמת לראשונה מערכת הדמיה ותצוגה סטריאו-מיקרוסקופית סטריאו-מיקרוסקופית המבוססת על סריקת לייזר עם תצוגה כפולה, ומהירות ההדמיה התלת מימדית שלה גבוהה באחד עד שניים בסדרי גודל משיטת הסריקה הנקודתית המסורתית. כלומר, תהליך ההדמיה שבעבר נמשך דקות עד עשרות דקות יכול להסתיים כעת תוך מספר שניות. מערכת הדמיה סטריאו-מיקרוסקופית דו-פוטונים זו מספקת כלי תצפית חדש להדמיה תלת-ממדית בזמן אמת ולהצגה של אורגניזמים חיים, אשר ניתן להשתמש בה ב- Observe העברת אותות עצביים חולפים דרך רשתות עצביות. מובן שמחקר זה נתמך על ידי "תוכנית מאה הכישרונות" של האקדמיה הסינית למדעים והקרן הלאומית למדעי הטבע של סין. מאימות עקרונות בסיסיים, פריצות דרך בטכנולוגיות מפתח, ועד להשלמת אבות טיפוס עקרוניים, היא עברה קישורים שונים ממחקר בסיסי לאינטגרציה של יישומים.
כיום, קבוצת המחקר מבצעת מחקר שיתופי על יישומים ביו-רפואיים עם מוסדות מחקר מדעיים רלוונטיים בארץ ובחו"ל, ומקווה ליישם טכנולוגיה זו לתחום ההדמיה המהירה בתלת מימד והצגה של אורגניזמים חיים בהקדם האפשרי.
