扫描光场显微镜SLiM1100

活体长时程高速三维显微成像解决方案

产品概述：

扫描光场显微镜（Scanning Light Field Microscope）SLiM1100，采用国际领先的光场体成像（Volumetric imaging）方法，运用独有孔径合成、自适应像差校正等关键技术，全面突破传统成像技术的性能瓶颈，完美支持在宽视场亚细胞分辨率场景下的高速、高信噪比三维荧光活体成像。即使在超大体积多细胞的复杂环境中，SLiM也可实现毫秒级的近衍射极限分辨率的三维荧光成像。相比市面上激光共聚焦产品，SLiM在维持同等的空间分辨率前提下，可将穿透深度提升2倍、三维成像速度提升2个数量级、数据通量提升3个数量级。SLiM绝对是神经科学、细胞生物学、遗传与发育生物学、肿瘤科学、药物研发、再生医学等领域不可或缺的研究利器。

产品特点：

DAOSLIMIT成像技术框架

•    技术源自清华大学提出的DAOSLIMIT成像技术框架，巧妙融合了扫描光场系统和数字自适应光学校正算法。

•    扫描光场系统能够动态获取成像场景的三维信息，通过扫描高密度空间采样和高精度角度重投影，实现横向250nm、轴向600nm的近光学衍射极限分辨率以及毫秒级的三维成像速度。在较大轴向范围内保持场景聚焦，最大限度利用被激发三维体内的荧光光子，从而仅用微弱的光照就可激发整个三维体。

扫描光场系统示意图

•    在活体组织内部，折射率的不均匀分布所引起的像差，导致深层成像分辨率大大降低。数字自适应光学框架(DAO)通过不同角度的光线采集在数字端进行像差估计和恢复，可以高速地实现大范围的自适应光像差矫正，最终保证活体成像时，分辨率接近衍射极限。

                       自适应光学原理示意                                          数字自适应(DAO)系统示意图

产品特点：

高速毫秒级拍摄

SLiM1100扫描光场显微镜具备90Hz的采集速度，精准跟踪活体组织内部细微迅速的反应变化。

90Hz大鼠心肌三维亚细胞分辨率钙传播成像

•    配置63X/1.4NA物镜，曝光时间5 ms;    Fluo-8染色的大鼠心肌细胞，观测钙信号在心肌细胞中的快速的传播过程。

衍射极限分辨率

SLiM1100扫描光场显微镜能够达到横向250nm,轴向600nm的超高清分辨率，能够满足生命科学研究中对于宏观的整体把控以及微观的极致追求。

•    通过SLiM1100扫描光场显微镜与WFM对比进行拍摄，使用63X/1.4NA油镜，在相同的光照条件下，SLiM1100将不同角度的光投影在正确的空间位置上，以获得更高的光子利用率，提高了信噪比。上图中，可以观测到在光场模式下分辨率和信噪比得到极大提高。

超低光毒性

SLiM1100扫描光场显微镜与传统光学显微镜相比，光毒性与光漂白性下降了3个数量级，使活体成像实验更加稳定持久。

•    对比TWO-photon、SDCM、SLiM1100扫描光场显微镜对活体小鼠脾脏和肝脏内的内源性中性

粒细胞成像。

•    Ly-6G/Ly-6C（黄色）标记中性粒细胞，WGA（洋红）标记血管，激发过程中的功率密度和总光剂呈标注于图像底部。

•    可以观察到，双光子显微镜和SDCM都带来了较强的光漂白，在长时程拍摄后，   整个体积（黄色通道）的归一化强度减少了一半。而SLiM1100在进行连续长时成像后，仅仅产生轻微漂白。

系统参数：

应用案例：

斑马鱼胚胎发育三维成像与在体大范围毫秒级三维追踪

为了展示我们的装置在活体成像上空前的性能，我们观测了斑马鱼胚胎发生过程在气化阶段（gastrulation stage）囊泡和膜动力学的体内成像。我们可以以10Hz的成像速度清楚的观察到细胞的3D迁移过程，我们还捕捉到了丝状伪足膜（filopodia membrane）的高速移动，包括快速的丝状伪足缩回过程和3D微粒体（migrasome）的运动。在此高通量的4D数据基础之上，我们可以使用高速3D跟踪来分析运动模式。现有市面上的商用显微镜还无法做到在如此大的视场下还实现快速高分辨率的三维成像。

在体果蝇幼虫听觉神经响应90Hz三维成像

在体亚细胞分辨率的3D钙信号传播成像是神经科学的一个重要应用。SLiM将多细胞生物的时空分辨率提高到一个新的阶段，性能提升了几个数量级，提供了一种在体研究亚细胞钙动力学的方法。我们在清醒的果蝇幼虫中通过声音刺激对五个Cho神经元（lch5）簇，并进行了3D钙成像。果蝇幼虫的强像差和快速运动使其很难以3D的亚细胞分辨率记录神经活动。但是，使用SLiM就可以轻松获得90Hz覆盖整个Cho神经元的高分辨率3D视频，并具有足够的信噪比以进行详细分析。当我们应用500 Hz声音刺激时，出现了强烈的钙反应，并看到在三维分布的树突上的钙传播过程。可见，使用SLiM1000即可以毫秒级的时间分辨率在大视场活体环境中以其原始状态研究越来越多的体内亚细胞动力学。