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NI FlexRIO 賦能尖端雙光子顯微鏡，推動科技前沿
NI FlexRIO 賦能尖端雙光子顯微鏡，推動科技前沿。
院校：香港中文大學
科研團隊：香港中文大學機械與自動化工程系的研究團隊
研究背景
雙光子顯微鏡（Two-Photon Excitation Microscopy, TPE） 作為一種革命性的成像技術(shù)， 以其卓越的光學切片能力和深度分辨率， 成為研究活體細胞、 組織及動物的利器。這項技術(shù)通過同時吸收兩個光子來激發(fā)熒光分子， 從而實現(xiàn)深度組織的高分辨率成像， 極大地減少了樣品的光損傷， 使其特別適用于活體樣品的長期觀察。然而， 傳統(tǒng)TPE顯微鏡在成像速度和掃描方法上的局限性， 限制了對快速動態(tài)生物過程的觀察， 如神經(jīng)信號傳遞、 細胞運動和快速生理變化。
香港中文大學機械與自動化工程系的研究團隊， 一直致力于突破這些技術(shù)瓶頸。該團隊在生物光子學和神經(jīng)科學領(lǐng)域具有豐富的研究經(jīng)驗， 尤其在開發(fā)高性能成像系統(tǒng)和新型光學技術(shù)方面取得了顯著成績。他們的最新項目旨在開發(fā)一種基于數(shù)字微鏡器件（DMD）的多模態(tài)雙光子顯微鏡系統(tǒng)， 通過集成超快速光束整形和隨機訪問掃描功能， 并結(jié)合共振掃描儀， 開創(chuàng)一系列全新的成像功能。這個系統(tǒng)的設(shè)計目標是實現(xiàn)對活體生物樣品的高分辨率、 快速和多功能成像， 推動神經(jīng)科學、 發(fā)育生物學和干細胞研究的突破性進展。
*Design of a multi-modality DMD-based two-photon microscope system, Optical Express, 2020
開發(fā)這個復雜且功能強大的顯微鏡系統(tǒng)，研究團隊面臨諸多挑戰(zhàn)：
通過實時計算CGH全息圖進行DMD控制：為了實現(xiàn)精準的光路控制， 需要使用LabVIEW中的mathscript功能， 實現(xiàn)用戶通過直接輸入多個目標點， LabVIEW便可以直接實時計算出CGH全息圖并傳入DMD中的效果。
可配置的多模塊同步控制： 整個系統(tǒng)需要DMD、 共振掃描儀和光檢測器的同步控制，確保系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運行；此外， 在生物實驗往往由于研究對象和特征的不同， 對顯微鏡觀察順序和方法有特殊要求， 這就對多模塊同步控制的次序， 組合方式有靈活的可配置需求。
實時數(shù)據(jù)采集和處理： 系統(tǒng)需要支持多焦點光刺激和實時成像， 滿足生物實驗的高時間分辨率需求， 同時確保采集到的原始數(shù)據(jù)可以得到實時存儲和處理。
解決方案
科研人員基于NI的PXI平臺和LabVIEW，搭建了一個具有多層成像、波前校正以及多焦點光刺激的多模態(tài)雙光子顯微鏡系統(tǒng)，其采集和控制系統(tǒng)組成如下：
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