[发明专利]荧光收集装置、微型双光子显微镜及双光子成像方法

说明书

本发明实施例提供一种荧光收集装置、微型双光子显微镜及双光子成像方法，其中，上述荧光收集装置包括第一光路和第二光路，第一光路依次包括第一透镜、第一滤光片、二向色镜、红外滤光片和耦合透镜；第二光路依次包括耦合透镜、红外滤光片、二向色镜、第二滤光片和第二透镜。本发明实施例提供的荧光收集装置、微型双光子显微镜及双光子成像方法集成两路光路，通过选择滤光片和二向色镜、复用红外滤光片和耦合透镜，实现了不增加微型双光子显微探头重量和体积，但能够实现在自由活动的动物脑部同时进行光遗传操控和荧光信号收集，并实现不同形式的光遗传学刺激，进而实现不同光遗传学刺激下荧光信号的同步收集，操作简单、使用方便。

技术领域

本发明实施例涉及双光子显微镜技术领域，尤其涉及一种集成光遗传操控的荧光收集装置、微型双光子显微镜以及基于微型双光子显微镜的神经元双光子成像方法。

背景技术

神经元是神经系统的结构和功能单位，有接受、整合和传递信息的功能。神经元按其功能可分为传入神经元(感觉神经元)、中间神经元(联络神经元)和传出神经元(运动神经元)三种。如果按照对后继神经元的影响来分类，则可分为兴奋性神经元和抑制性神经元。神经元作为神经系统的重要组成部分，一直是医学和生物学领域重要的研究课题。而对神经元活性的研究一般采用单光纤对动物脑部神经元进行观察或通过对神经元进行荧光成像的方法来获取神经元的活性信息，例如利用传统的台式双光子显微镜或微型单光子显微镜对动物脑部神经元进行观察成像。

利用单光纤对动物脑部神经元进行观察是直接通过导入激光光纤到动物脑部的特定脑区，开启激光光源对特定的光遗传蛋白进行照射(操控)来观察脑部神经元，优点是结构简单，但是这种方法不能精确的完成对单个神经元的光遗传学操控，且不能对相应的神经元进行成像；传统的台式双光子显微镜对动物脑部神经元进行观察成像时，由于传统的台式双光子显微镜体积很大，光遗传学光路集成在主镜体中，实验动物必须稳固的固定在显微物镜下或者在麻醉情况下放置显微物镜下，进行成像和光遗传学操控，如若使用传统的台式双光子显微镜来研究光遗传学操控下的小鼠自由运动，目前只能在小鼠下方安装跑步机，前方放置显示屏，通过虚拟现实的方式，模拟小鼠的运动。但是这种虚拟现实的方法招到很多科学家的质疑，认为这种方式和动物真正的运动和行为是很不一样的，并不能得到准确的神经元的活性信息。微型单光子显微镜可以戴在小鼠头上，在小鼠自由运动的状况下，对小鼠脑部神经区域的神经元进行观察成像，但由于微型单光子显微镜的对比度很差，无法清晰的看到神经树突、轴突甚至神经元胞体，且由于其佩戴在小鼠头上，受其体积限制，微型单光子显微镜中仅集成了用于荧光信号收集的荧光收集装置，无法同步完成光遗传操控和荧光信号收集。

因此，需要一种能够集成在微型显微镜上不增加显微镜体积的情况下，在自由运动小鼠上，同步完成光遗传操控和荧光信号收集的装置，且具有足够高的分辨率和成像对比度。

发明内容

针对背景技术中现有技术存在的缺陷，本发明实施例提供了一种集成光遗传操控的荧光收集装置、微型双光子显微镜以及基于微型双光子显微镜的神经元双光子成像方法。

第一方面，本发明实施例提供的一种集成光遗传操控的荧光收集装置，该荧光收集装置包括：

光遗传光源控制器、光遗传操控光源、第一光纤、第一光纤通用接口、第二光纤通用接口、光电倍增管以及在所述第一光纤通用接口和所述第二光纤通用接口之间的第一光路、在所述第二光纤通用接口和所述光电倍增管之间的第二光路，其中：

所述第一光路依次包括位于所述第一光纤通用接口和所述第二光纤通用接口之间的第一透镜、第一滤光片、二向色镜、红外滤光片以及耦合透镜；其中，所述第一光路，用于传导所述第一光纤传输的第一激光信号从所述第一光纤通用接口至所述第二光纤通用接口，所述第一激光信号为所述光遗传光源控制器控制所述光遗传操控光源发出的激光信号；