HiCAM高速像增強(qiáng)熒光相機(jī)用于斑馬魚心臟的高速活體成像技術(shù)

在德國巴德諾海姆的Max Planck心肺研究所，人們對斑馬魚的心血管系統(tǒng)進(jìn)行了研究,。斑馬魚的透明度（圖1）及其實(shí)驗(yàn)優(yōu)勢使其成為人體心血管系統(tǒng)的理想比例模型,。

圖1 斑馬魚的照片。心臟位于紅色方塊內(nèi)

為了研究斑馬魚的血液流動,，血紅細(xì)胞被熒光蛋白DsRed標(biāo)記。熒光的強(qiáng)度受到附著在紅細(xì)胞上的熒光蛋白數(shù)量的限制,。此外,，光線發(fā)射的方向是隨機(jī)的，這進(jìn)一步減少了到達(dá)相機(jī)的光量,。低光強(qiáng)度不一定存在問題,，增加曝光時間來捕捉足夠的光是一個常用的解決方法,，這通常被用于成像固定的昏暗物體。然而,，在移動物體上使用相同的方法會導(dǎo)致圖像模糊,。

試想一條活的斑馬魚，它的內(nèi)臟是在跳動的,。斑馬魚的心率約為每分鐘175次,，或接近每秒3次。為了捕捉心跳的每個階段,，需要較高的幀率,，否則圖像會因運(yùn)動模糊而失真。這意味著圖像傳感器非常短暫地暴露在昏暗的熒光燈下,。通過增加激發(fā)光的強(qiáng)度來增加熒光燈的數(shù)量是不可行的,，因?yàn)檫@會傷害魚類。

圖2 HiCAM高速像增強(qiáng)熒光相機(jī)附在熒光顯微鏡上

實(shí)驗(yàn)裝置

用安裝有Lambert HiCAM高速攝像系統(tǒng)的熒光顯微鏡對斑馬魚進(jìn)行研究(圖2),。將魚固定在凝膠中,，從下方照射。DsRed蛋白的熒光從紅細(xì)胞中發(fā)出,。這種光向各個方向發(fā)射,，其中一些光以相反的方向穿過激光的光路。但是,，熒光通過二色鏡被定向到相機(jī)上,，而不是被反射回光源。任何散射的激發(fā)光都被二色鏡反射,。濾光片將去除任何背景光,，只透射紅細(xì)胞熒光發(fā)出波長的光。

圖像傳感器將捕捉進(jìn)來的熒光,。捕捉將以每秒數(shù)百或數(shù)千幀的幀率下進(jìn)行,，每幀的曝光時間數(shù)量級在幾毫秒到幾毫秒的一小部分。電子倍增ccd (emccd)傳感器的光靈敏度足以捕捉到微弱的熒光,。但它們在全分辨率下只能實(shí)現(xiàn)大約100fps的幀率,，這對于目前的應(yīng)用來說是不夠的。而cmos傳感器可以在更高的幀率下工作,，在全分辨率下可達(dá)每秒數(shù)千幀,。然而，在每幀較短的曝光時間內(nèi),，普通的高速CMOS傳感器無法記錄足夠的光量來達(dá)到合理的信噪比,。

圖3 斑馬魚心臟中(圖像右下角)的紅細(xì)胞從一個腔室被運(yùn)送到下一個腔室(1-3)，并進(jìn)入主動脈(5)。這里顯示的圖像是在間隔25毫秒的情況下記錄的,。用500us的曝光時間以2000 fps的幀率進(jìn)行記錄,。

HiCAM高速像增強(qiáng)熒光相機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

HiCAM高速像增強(qiáng)熒光相機(jī)通過將高速CMOS傳感器與圖像增強(qiáng)器相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了所需的光靈敏度和高幀率,。圖像增強(qiáng)器將檢測到的光子數(shù)量提高了幾個數(shù)量級,。這樣，就可以以每秒2000幀的速度記錄斑馬魚的血液流動,。圖3顯示了斑馬魚心血管系統(tǒng)中紅細(xì)胞的流動情況,。

HiCAM高速像增強(qiáng)熒光相機(jī)-高靈敏度，幀頻可達(dá)4000幀/秒,，實(shí)時熒光顯微成像的理想選擇,！

更多詳情請聯(lián)系昊量光電/歡迎直接聯(lián)系昊量光電

關(guān)于昊量光電：

上海昊量光電設(shè)備有限公司是光電產(chǎn)品專 業(yè)代理商，產(chǎn)品包括各類激光器,、光電調(diào)制器,、光學(xué)測量設(shè)備、光學(xué)元件等,，涉及應(yīng)用涵蓋了材料加工,、光通訊、生物醫(yī)療,、科學(xué)研究,、國 防、量 子光學(xué),、生物顯微,、物聯(lián)傳感、激光制造等,；可為客戶提 供完 整的設(shè)備安裝,，培訓(xùn)，硬件開發(fā),，軟件開發(fā),，系統(tǒng)集成等服務(wù)。