突破传统双光子层析深度限制的双色双光子显微成像研究

在过去的二十年间,双光子荧光成像在分子水平、细胞水平以及组织水平的生命科学研究中取得了广泛的应用。但由于单脉冲能量不足以及散射的影响，传统双光子成像的纵向层析深度限制在百微米量级。本项目以解决现有双光子荧光成像层析深度不足这一重大问题为研究对象,基于同心双色双光子激发这一原创性思想，提出采用输出更高单脉冲能量的飞秒再生放大器及飞秒参量放大器为光源，实现三维层析成像。该方法不仅能克服飞秒振荡器单脉冲能量不足的问题，更重要的是具有更强的散射抑制能力，能够提高深度层析成像时的信噪比，从而有望突破现有双光子成像的极限成像深度。这将为生命科学研究提供创新的研究手段和全新的检测平台，具有重要的现实意义，也必将产生深远的社会影响。

在过去的三十年间，光学显微术经历了数次革命性的飞跃，以其无侵入性、无损伤性、较高的时空分辨率等特点成为生物学研究最重要的工具之一，大大推动了细胞生物学、神经生物学、药物学及遗传学在内的诸多领域的发展，成为现代科学中一个非常重要的前沿研究领域。其中光学成像，尤其是三维成像一直受限于成像的层析深度，本项目以解决现有光学成像领域荧光成像三维层析深度不足这一重大问题为研究对象，创新性的将自适应光学和双光子荧光成像结合，通过位相控制器件将入射波前分割为若干子区域，每一块子区域的波前都可以被独立控制。通过测量并优化每一块小区域光束激发得到的荧光强度，实时校正由于样品像差引起的波前畸变，有效抑制焦点外双光子荧光的激发，成功提高了现有双光子成像的极限成像深度。