SUPERNOVA-3000

微型化三光子显微镜

自由行为动物非侵入式深脑成像解决方案
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产品简介:

微型化三光子显微镜SUPERNOVA-3000搭配新颖的光学构型设计的微型化三光子探头,有效增加散射荧光的收集效率,达到台式三光子成像深度的极限,并且扫描速度快,成像效果清晰。
SUPERNOVA-3000的出现,使得神经科学的研究人员将可以在保留完整的大脑皮层结构投影的前提下,对例如涉及海马或纹状体结构等,大脑皮层及皮层下方脑区之间的神经网络进行深入研究。

双光子激发的基本原理

大脑深部区域与基本生命功能密切相关,在各种神经疾病中均观察到深部大脑的结构和功能异常,例如帕金森病、阿尔茨海默症、抑郁症和强迫症等。但在啮齿类动物研究模型中,由于神经组织,特别是胼胝体,具有对光的高散射光学特性,所以如何突破成像深度极限,在自由活动动物上对距离脑表层深度>1mm的结构进行成像是极大的挑战。
三光子成像技术的出现将成像深度大大扩展至1500 um,给非侵入式深脑成像带来了曙光。
双光子激发的基本原理

Go deeper:更深

长波长飞秒激光光脉冲,钙成像深度达到1.2 mm
穿透整个小鼠大脑皮层,突破胼胝体,进行海马成像
Go deeper:更深

More freedom: 自由运动下的卓越成像性能

2.2 g超轻微型化探头,小动物轻松佩戴
利用ETL实现三维成像
独有光学设计,集成柔性避光光纤、空芯光子晶体光纤、MEMS等尖端技术
More freedom: 自由运动下的卓越成像性能

More freedom: 自由运动下的卓越成像性能

深脑成像只需颅窗手术,避免植入式GRIN lens损伤脑组织
激发光波长更长,更低光毒性
散射荧光增强收集构型,实现深脑低功率成像
More freedom: 自由运动下的卓越成像性能

应用领域:

小鼠大脑组织3D重构

小鼠大脑组织3D重构

小鼠大脑皮层至海马区血管三维重建成像、小鼠后顶叶皮 层至海马CA1区神经元三维重建成像、小鼠后顶叶皮层至 海马CA1区神经元三维重建成像、小鼠大脑皮层至Postsu- biculum三维重建成像
动物自由运动成像

动物自由运动成像

行为学实验下的小鼠顶叶后皮质L6(PPC L6)的神经元钙 活动(成像深度650 μm)、自由运动小鼠大脑海马CA1亚 区的神经元钙活动(成像深度1.2 mm)、长时程监测自由 运动小鼠大脑海马CA1亚区的神经元钙活动(成像深度978 μm)

技术突破:

更深

SUPERNOVA-3000利用五阶非线性效应,极大降低了成像焦面以外的荧光激发,背景噪声更小,深层大脑成像保真度高。 系统使用更长波长的激发光,使得生物组织对激发光的散射减弱,达到活体成像深度极限,可以得到明亮的高分辨率的三 光子激发图像和三次谐波图像。

更强的穿透力

SUPERNOVA-3000能够发射超快、低重频的长波长飞秒激光脉冲(1300 nm、1700 nm),超强穿透力使更多的光子在不引起任何功能性干扰或物理损伤的情况下到达标本深处的激发焦点,得到更明亮的高分辨率图像。钙信号成像深度可以达到1.2 mm,穿透整个小鼠大脑皮层突破胼胝体,抵达海马等深部脑区。

更快的扫描速度——MEMS扫描振镜

高速扫描振镜将无万向节制动结构集成在一起,整体加工制造而成。封装尺寸为8.89 mm X 8.89 mm X 165 mm。可提供0.8 mm至2.0 mm的一系列可选镜面尺寸。谐振频率可达1200-4500 Hz。搭配FPGA实时控制采集系统,实现纳秒级同步,捕捉快速信号反应。

更清晰的成像一FPGA门控降噪系统

三光子成像应用中,受限于激光重频,使得有用信号之间存在较长空白(噪声)周期,因此我们针对激光同步信号对PMT输出进行门控采集做出了以下优化,将SNR提高了十几倍。
FPGA高系统时钟控制:门控延迟和采集时间宽度的控制精度可达8.3 ns,准确釆集有效信号
单像素停留时间自动匹配:自动计算,保证图像的每一个像素点内至少有一个激光脉冲
实时SNR计算:集成了SNR实时计算,实现最优化信噪比门控参数与可视化参数调教

系统配置:

微型化三光子专用型

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微型化双光子+三光子组合型

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性能参数

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系统尺寸

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