กล้องจุลทรรศน์สเตอริโอแบบสแกนด้วยเลเซอร์สามารถถ่ายภาพ 3 มิติแบบเรียลไทม์ได้
ไม่กี่วันที่ผ่านมา ทีมงานถ่ายภาพความละเอียดสูงของ State Key Laboratory of Transient Optics and Photon Technology ของ Xi'an Institute of Optics and Mechanics, Chinese Academy of Sciences ประสบความสำเร็จในการพัฒนากล้องจุลทรรศน์สเตอริโอแบบเรียลไทม์แบบสแกนด้วยเลเซอร์แบบกระตุ้นโฟตอนแบบสองโฟตอน .
เมื่อหนูทดลองเห็นภาพแมว สมองของมันทำงานอย่างไร? ข้อมูลใหม่นี้ถูกส่งผ่านเครือข่ายประสาทที่มีเซลล์ประสาทนับสิบล้านได้อย่างไร จะใช้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงส่องดูความลึกลับได้อย่างไร? นี่คืองานวิจัยด้านชีววิทยาศาสตร์ร่วมสมัยที่ก่อให้เกิดความท้าทายใหม่ต่อเทคโนโลยีการถ่ายภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง
ไม่กี่วันที่ผ่านมา ทีมงานถ่ายภาพความละเอียดสูงของ State Key Laboratory of Transient Optics and Photon Technology ของ Xi'an Institute of Optics and Mechanics, Chinese Academy of Sciences ประสบความสำเร็จในการพัฒนากล้องจุลทรรศน์สเตอริโอแบบเรียลไทม์แบบสแกนด้วยเลเซอร์แบบกระตุ้นโฟตอนแบบสองโฟตอน . "มันช่วยให้เราสามารถสังเกตโลกสามมิติแบบไดนามิกด้วยกล้องจุลทรรศน์ได้แบบเรียลไทม์ เหมือนกับการชมภาพยนตร์สามมิติ โดยไม่มีการแบ่งส่วนแสงและการสร้างภาพสามมิติใหม่ให้เสียเวลา" ดร. Yang Yanlong สมาชิกหลักของทีมกล่าวว่า ปรากฎว่ากล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงทั่วไปประสบปัญหาสองประการ ปัญหาหนึ่งคือระยะชัดลึกของภาพมีขนาดเล็กมากและสามารถมองเห็นตัวอย่างได้เพียงชั้นบางในแต่ละครั้ง และไม่สามารถมองเห็นการกระจายสามมิติของตัวอย่างได้โดยตรง ปัญหาที่ยากอีกประการหนึ่งคือ: เพื่อเลียนแบบการรับรู้ของมนุษย์ที่มีต่อโลกสามมิติผ่านการมองเห็นด้วยกล้องสองตา ลำแสง Bessel จะต้องสแกนในสองทิศทาง หากการหน่วงเวลาของการถ่ายภาพในสองทิศทางนี้มากเกินไป จะเกิดชั่วขณะ สัญญาณเรืองแสงไม่สามารถจับและจัดตำแหน่งได้อย่างแม่นยำ ตัวอย่างเช่น กล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนซ์การสแกนด้วยเลเซอร์กระตุ้นโฟตอนแบบสองโฟตอนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการถ่ายภาพระบบประสาทและสาขาอื่น ๆ นับตั้งแต่มีการเสนอในทศวรรษที่ 1990 ในการสร้างภาพ 3 มิติให้สมบูรณ์นั้น โดยปกติแล้วจะต้องใช้ภาพ 2 มิติหลายสิบหรือหลายร้อยเลเยอร์เพื่อซ้อนทับและสร้างใหม่ กระบวนการสร้างภาพ 3 มิติทั้งหมดใช้เวลาอย่างน้อยสองสามนาที และความเร็วก็ช้ามาก ดังนั้นจึงไม่สามารถตอบสนองการถ่ายภาพ 3 มิติแบบไดนามิกของสิ่งมีชีวิตได้" ดร.หยาง หยานหลง อธิบาย
ทีมถ่ายภาพความละเอียดสูงของ Xi'an Institute of Optics and Mechanics นำโดยนักวิจัย Baoli Yao และ Tong Ye ใช้ลำแสงเลเซอร์แบบยาวที่โฟกัส —— ลำแสง Bessel เพื่อทำการสแกนให้เสร็จสิ้น การแบ่งส่วนภาพที่ชัดเจนของตัวอย่าง 3 มิติแบบหนาในคราวเดียว นักวิจัยจาก Xi'an Institute of Optics and Mechanics เอาชนะความยากลำบากและออกแบบอุปกรณ์สแกนด้วยเลเซอร์ที่ซับซ้อน ซึ่งทำให้สามารถสแกนลำแสง Bessel ได้อย่างรวดเร็วในสามระดับอิสระ และสามารถสลับระหว่างมุมมองการมองคู่ตามลำดับมิลลิวินาที (หนึ่งในพันของ วินาที).
สิ่งนี้หมายความว่า? ในแง่ของคนธรรมดา หากมีผึ้งบินผ่านเรา เราต้องใช้ตาสองข้างเพื่อดูมันพร้อมกัน เพื่อให้สมองสามารถรับรู้ตำแหน่งของมันได้อย่างแม่นยำ หากตาซ้ายและขวาเปิดและปิดสลับกัน สมองจะไม่สามารถระบุตำแหน่งของผึ้งได้อย่างแม่นยำ การสลับวิธีการทางเทคนิคใหม่ที่ "ระดับมิลลิวินาที" ช่วยให้การถ่ายภาพสองมุมมองเสร็จสมบูรณ์ในทันที เพื่อให้สามารถบันทึกการเปลี่ยนแปลงไดนามิกสามมิติของตัวอย่างได้แบบเรียลไทม์
เทคโนโลยีนี้ทำให้ระบบแสดงภาพและแสดงภาพสามมิติแบบสามมิติตามเวลาจริงโดยอาศัยการสแกนด้วยเลเซอร์แบบดูอัลวิวเป็นครั้งแรก และความเร็วในการถ่ายภาพสามมิตินั้นสูงกว่าวิธีการสแกนแบบจุดต่อจุดแบบดั้งเดิมถึงหนึ่งถึงสองลำดับ กล่าวคือ กระบวนการถ่ายภาพที่เคยใช้เวลาตั้งแต่นาทีถึงสิบนาทีสามารถเสร็จสิ้นได้ภายในไม่กี่วินาที ระบบการถ่ายภาพสามมิติแบบสเตอริโอไมโครสโคปแบบสองโฟตอนนี้ให้เครื่องมือสังเกตการณ์ใหม่สำหรับการถ่ายภาพสามมิติแบบเรียลไทม์และการแสดงสิ่งมีชีวิต ซึ่งสามารถนำมาใช้ในการสังเกตการส่งสัญญาณประสาทชั่วคราวผ่านโครงข่ายประสาทเทียม เป็นที่เข้าใจกันว่างานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนโดย "Hundred Talents Program" ของ Chinese Academy of Sciences และ National Natural Science Foundation of China ตั้งแต่การตรวจสอบหลักการพื้นฐาน ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีสำคัญๆ ไปจนถึงการสร้างต้นแบบหลักการให้เสร็จสมบูรณ์ ระบบได้ผ่านการเชื่อมโยงต่างๆ ตั้งแต่การวิจัยพื้นฐานไปจนถึงการรวมแอปพลิเคชัน
ปัจจุบัน กลุ่มวิจัยกำลังดำเนินการวิจัยแบบร่วมมือเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้ด้านชีวการแพทย์กับสถาบันวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องทั้งในและต่างประเทศ และหวังว่าจะใช้เทคโนโลยีนี้ในด้านการถ่ายภาพสามมิติอย่างรวดเร็วและการแสดงสิ่งมีชีวิตโดยเร็วที่สุด
