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NI FlexRIO 赋能尖端双光子显微镜，推动科技前沿

2024-07-31 11:14:59·  来源：恩艾NI知道  
　

NI FlexRIO 赋能尖端双光子显微镜，推动科技前沿。

院校：香港中文大学

科研团队：香港中文大学机械与自动化工程系的研究团队


研究背景

双光子显微镜（Two-Photon Excitation Microscopy, TPE） 作为一种革命性的成像技术， 以其卓越的光学切片能力和深度分辨率， 成为研究活体细胞、 组织及动物的利器。这项技术通过同时吸收两个光子来激发荧光分子， 从而实现深度组织的高分辨率成像， 极大地减少了样品的光损伤， 使其特别适用于活体样品的长期观察。然而， 传统TPE显微镜在成像速度和扫描方法上的局限性， 限制了对快速动态生物过程的观察， 如神经信号传递、 细胞运动和快速生理变化。


香港中文大学机械与自动化工程系的研究团队， 一直致力于突破这些技术瓶颈。该团队在生物光子学和神经科学领域具有丰富的研究经验， 尤其在开发高性能成像系统和新型光学技术方面取得了显著成绩。他们的最新项目旨在开发一种基于数字微镜器件（DMD）的多模态双光子显微镜系统， 通过集成超快速光束整形和随机访问扫描功能， 并结合共振扫描仪， 开创一系列全新的成像功能。这个系统的设计目标是实现对活体生物样品的高分辨率、 快速和多功能成像， 推动神经科学、 发育生物学和干细胞研究的突破性进展。
*Design of a multi-modality DMD-based two-photon microscope system, Optical Express, 2020


开发这个复杂且功能强大的显微镜系统，研究团队面临诸多挑战：


通过实时计算CGH全息图进行DMD控制：为了实现精准的光路控制， 需要使用LabVIEW中的mathscript功能， 实现用户通过直接输入多个目标点， LabVIEW便可以直接实时计算出CGH全息图并传入DMD中的效果。

可配置的多模块同步控制： 整个系统需要DMD、 共振扫描仪和光检测器的同步控制，确保系统的协调运行；此外， 在生物实验往往由于研究对象和特征的不同， 对显微镜观察顺序和方法有特殊要求， 这就对多模块同步控制的次序， 组合方式有灵活的可配置需求。

实时数据采集和处理： 系统需要支持多焦点光刺激和实时成像， 满足生物实验的高时间分辨率需求， 同时确保采集到的原始数据可以得到实时存储和处理。


图片


解决方案

科研人员基于NI的PXI平台和LabVIEW，搭建了一个具有多层成像、波前校正以及多焦点光刺激的多模态双光子显微镜系统，其采集和控制系统组成如下：


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