基础科学研究所 反射矩阵显微镜的示意图是由IBS分子光谱学和动力学研究中心的研究人员开发的
该系统利用共焦扫描和马赫-曾德尔干涉仪，类似于光学相干显微镜
然而，代替共焦检测，使用照相机测量来自样品的反射波的干涉图像
此外，引入空间光调制器(SLM)来物理校正样品引起的波前畸变
(BS:分束器，GMx/y:振镜，DG:衍射光栅，sDM:光谱分色镜，OL:物镜)学分:IBS 诸如光学相干显微术和双光子显微术的非侵入性显微技术通常用于活体组织的体内成像
当光穿过生物组织等混浊物质时，会产生两种类型的光:弹道光子和多重散射光子
弹道光子直接穿过物体，没有经历任何偏转，因此用于重建物体图像
另一方面，当光穿过材料时，多重散射光子通过随机偏转产生，并在重建图像中显示为散斑噪声
随着光传播距离的增加，多次散射光子和弹道光子之间的比率急剧增加，从而模糊了图像信息
除了由多重散射光产生的噪声之外，弹道光的光学像差也在图像重建过程中导致对比度降低和图像模糊
骨组织尤其具有许多复杂的内部结构，这导致严重的多重光散射和复杂的光学像差
当通过完整颅骨对小鼠大脑进行光学成像时，由于强斑点噪声和图像失真，很难看到神经系统的精细结构
这在神经科学研究中是有问题的，因为老鼠被广泛用作模型生物
由于目前使用的成像技术的限制，头骨必须被移除或变薄，以便在显微镜下研究下面的脑组织的神经网络
因此，已经提出了其他解决方案来实现活组织的更深成像
例如，近年来，三光子显微镜已经成功地用于对小鼠颅骨下的神经元成像
然而，三光子显微术受到低激光重复率的限制，因为它采用红外范围内的激发窗口，这可能在体内成像期间损伤活组织
它还具有过大的激发功率，这意味着与双光子方法相比，光漂白更广泛
(一)一个位于高像差介质下的西门子星分辨率目标被用作待成像的测试样品
像差校正前的常规光学相干显微图像
使用反射矩阵显微镜获得的像差校正图像
信用:IBS 最近，一个由教授领导的研究小组
韩国首尔基础科学研究所分子光谱学和动力学中心的崔元石在深层组织光学成像方面取得了重大突破
他们开发了一种新型光学显微镜，可以通过完整的老鼠头骨成像，并在不损失空间分辨率的情况下获得大脑组织中神经网络的显微图
这种新的显微镜被称为“反射矩阵显微镜”，它结合了硬件和计算自适应光学的能力，计算自适应光学是一种最初为地基天文学开发的校正光学像差的技术
传统的共焦显微镜只在照明焦点处测量反射信号，并丢弃所有失焦光，而反射矩阵显微镜在焦点以外的位置记录所有散射光子
然后，利用该团队早在2017年开发的一种称为单次散射闭环累积(CLASS)的新AO算法，对散射光子进行计算校正。
该算法利用所有散射光来选择性地提取弹道光并校正严重的光学像差
与大多数传统的声光显微系统相比，反射矩阵显微镜不需要任何荧光标记，也不依赖于目标的结构，而传统的声光显微系统需要亮点状反射体或荧光物体作为引导星，这与声光在天文学中的应用类似
此外，可以校正的像差模式的数量比常规AO系统多10倍以上
反射矩阵显微镜具有很大的优势，因为它可以直接与已经在生命科学领域广泛使用的传统双光子显微镜结合
为了消除双光子显微镜激发光束的像差，研究小组在反射矩阵显微镜中部署了基于硬件的自适应光学系统，以抵消小鼠颅骨的像差
他们展示了这种新显微镜的功能，拍摄了老鼠头骨后神经元树突棘的双光子荧光图像，空间分辨率接近衍射极限
正常情况下，传统的双光子显微镜无法在不从颅骨中完全去除脑组织的情况下分辨树突棘的精细结构
这是一项非常重大的成就，因为韩国团队展示了第一个通过完整的老鼠头骨对神经网络进行高分辨率成像的技术
这意味着现在可以研究老鼠大脑最原始的状态
[图3-1]小鼠大脑中有髓轴突通过完整颅骨的无标记反射成像
通过常规光学相干显微镜测量的反射图像
头骨的厚度大约是100？微米
通过反射矩阵显微术获得的无像差高分辨率图像
通过新的像差校正算法找到的图像的小的子区域的波前像差的相位图
[图3-2]通过完整的小鼠头骨演示双光子荧光成像中的像差校正
(a)和(b)在两个不同深度获得的神经元树突的双光子荧光图像
(三)和(四)通过空间光调制器对像差进行物理校正后的图像
完整头骨的厚度约为85微米
信用:IBS 主持这项研究的研究教授尹锡昌和研究生李和军说:“通过校正波前畸变，我们可以将光能聚焦在活组织内的期望位置
我们的显微镜使我们能够研究活组织深处的细微内部结构，这些结构是任何其他方法都无法分辨的
这将极大地帮助我们进行早期疾病诊断，加快神经科学研究
" 研究人员设定了他们的下一个研究方向，以最小化显微镜的形状因子并提高其成像速度
目标是开发一种用于临床的无标记高成像深度反射矩阵显微镜
副局长崔元石说:“反射矩阵显微镜是下一代技术，它超越了传统光学显微镜的限制
这将使我们拓宽对光通过散射介质传播的理解，并扩大光学显微镜可以探索的应用范围
"
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