最新(xīn)的組織透明成像技(jì )術

  顯微鏡作(zuò)為(wèi)眼見為(wèi)實的最佳工(gōng)具(jù)，在生物(wù)醫(yī)學(xué)領域有(yǒu)着極為(wèi)重要的作(zuò)用(yòng)。生物(wù)樣品歸根結底都是三維的，但是因為(wèi)不透明組織或者厚尺度樣品對光的散射，想要對深層組織成像是個很(hěn)大的挑戰。以往常用(yòng)的辦(bàn)法就是先把厚的組織切成很(hěn)多(duō)2-D的薄切片後再用(yòng)顯微鏡看，這樣做的缺點就是制樣成像過程慢，破壞整體(tǐ)的内部結構，重建繁瑣不精(jīng)确，樣品損毀不可(kě)重複用(yòng)。目前基于這種物(wù)理(lǐ)切片方法中(zhōng)，使用(yòng)最先進成像系統（如fMOST）處理(lǐ)一整個鼠腦也需要一周多(duō)的時間。

顯微鏡最好的“眼見為(wèi)實”  工(gōng)具(jù)，它在生物(wù)醫(yī)藥領域發揮着極其重要的作(zuò)用(yòng)。生物(wù)樣本最終具(jù)有(yǒu)三維結構，但由于不透明或厚度較大存在光散射等問題，難以實現對深層組織的成像。傳統的方法是将較大的組織切割成二維的薄片，然後在顯微鏡下進行觀察，但這種方法存在制作(zuò)速度較慢、對整個内部結構造成損傷、重構複雜且不能(néng)重複使用(yòng)等問題。目前，利用(yòng)fMOST等先進影像技(jì )術對全鼠大腦進行分(fēn)析，耗時超過一周。

  在過去的一百多(duō)年裏，科(kē)學(xué)家們試圖通過各種方法将樣本變得透明，這樣才能(néng)更好的觀察到物(wù)體(tǐ)的全貌，但直到最近十年，都沒有(yǒu)任何進展。兩個技(jì )術方面的原因：一是由于光學(xué)顯微鏡自身的原因，二是由于化學(xué)因素造成的。

另一種方法是利用(yòng)激光共焦、雙光子、轉盤式等光學(xué)顯微術來實現集成成像。然而，現在的顯微鏡卻有(yǒu)一個無法克服的問題，那就是組織過厚，導緻了反應遲鈍和光漂白。和光學(xué)比起來，化學(xué)才是最難解決的。不同組織的厚樣本會導緻觀察結果受到以下因素的影響：

還有(yǒu)一種方法

1、色素能(néng)吸收可(kě)見光，阻礙入射光線(xiàn)，比如血紅蛋白、肌紅蛋白、黑色素等。

2、由内源熒光分(fēn)子（膠原、酪氨酸，黃素等）或者在制樣過程中(zhōng)引入的熒光信号（戊二醛，多(duō)聚甲醛等）産(chǎn)生的背景信号。

3、最關鍵的是，大部分(fēn)生物(wù)樣本中(zhōng)含有(yǒu)油脂，呈現乳白色或者不透明，這就造成了高信噪比的成像困難，這也成為(wèi)了進行深層組織顯像的主要瓶頸。該現象的産(chǎn)生源于光的散射，即光線(xiàn)在分(fēn)子、細胞膜、細胞器、細胞等不同的生物(wù)組織中(zhōng)，會受到不同程度的折射，散射和吸收，造成了巨大的信号損失。

當樣本變得透明後，光學(xué)散射效應被大大降低，制約其成像性能(néng)的關鍵是樣本的擺放位置和物(wù)鏡的工(gōng)作(zuò)距離。當前大多(duō)數顯微鏡生産(chǎn)企業已開發出超長(cháng)工(gōng)作(zuò)距離（>5毫米）、高 NA （>0.8）的光學(xué)顯微鏡。因此，無論是激光共焦技(jì )術還是雙光子技(jì )術，都可(kě)以用(yòng)于透明物(wù)體(tǐ)的成像。在透明材料中(zhōng)，由于其具(jù)有(yǒu)更高的激發效率和較小(xiǎo)的多(duō)色串色幾率，因此其在透明材料中(zhōng)的應用(yòng)将更加廣泛。除非是在不太透明的情況下，或者是用(yòng)到了近紅外光。

然而，目前最大的問題就是其成像速度。1000mm³大鼠的大腦，如果用(yòng)20x/1.0NA的目标像，需要4200,000幅圖像（假定視場為(wèi)500um，步長(cháng)為(wèi)1um。）因此，激光共焦與雙光子技(jì )術僅能(néng)對透明樣本的一小(xiǎo)部分(fēn)進行探測。簡單地說，用(yòng)共焦技(jì )術或者雙光子技(jì )術來觀察幾毫米乃至幾厘米大小(xiǎo)的樣本，就像是拿(ná)着一把解剖刀(dāo)去劈柴一樣。