微型化三光子显微镜SUPERNOVA-3000搭配新颖的光学构型设计的微型化三光子探头,有效增加散射荧光的收集效率,达到台式三光子成像深度的极限,并且扫描速度快,成像效果清晰。SUPERNOVA-3000的出现,使得神经科学的研究人员将可以在保留完整的大脑皮层结构投影的前提下，对例如涉及海马或纹状体结构等,大脑皮层及皮层下方脑区之间的神经网络进行深入研究。

图1. 微型化三光子显微镜SUPERNOVA-3000

产品介绍

Go Deeper / 更深

利用五阶非线性效应以及穿透力更强的激发荧光（1300 nm），一举突破此前微型化多光子显微镜的成像深度极限。

图2. 荧光激发示意图                                 图3. 小鼠脑组织中散射长度的光谱分布^[1]

显微镜激发光路可以穿透整个小鼠大脑皮层和胼胝体，实现对小鼠海马CA1亚区形态及功能的直接观测记录。神经元钙信号最大成像深度可达1.2 mm，血管成像深度可达1.4 mm。

图4. 微型三光子显微镜记录小鼠大脑皮层L1-L6和海马CA1的结构和功能动态。CC：胼胝体。绿色代表GCaMP6s标记的神经元荧光钙信号，洋红色代表硬脑膜、微血管和脑白质界面的三次谐波信号。

More Freedom / “戴着跑”的显微镜

▪ 2.2g新型微型化探头

微型化探头通过新型内嵌阿贝聚光镜复合式光学构型，体积仅2 × 1.6 × 0.9 cm3，实现飞秒激光脉冲无畸变传输、高质量激光汇聚、高效率荧光收集和激发。开创性的将三光子光学组件高度集成在一个微型化探头内。同时外壳使用超轻金属，重量仅2.2g，既轻盈又坚固，搭配电动变焦模块、定制光纤、光屏蔽GaAsP PMT，保证了对自由运动小鼠深脑神经活动的高稳定性、高分辨成像。

  图5. 微型化三光子探头

▪ 激光传导光纤--空芯光子带隙光纤

SUPERNOVA-3000系列光纤均具有准单模传输、低损耗、低非线性、低色散、高激光器损伤阈值的特点。高效率传输1300 nm飞秒脉冲激光，将空间光路转变为光纤传输，强抗弯折性能，使自由运动下观察成为可能。

图6. 空芯光子带隙光纤截面和输出光斑示意图               图7. 出口处激光脉冲时间剖面

Less damage / 安全高效，轻松上手

▪ 非侵入式手术

1. 深脑成像避免使用GRIN Lens，对小鼠大脑损伤更小，避免影响小鼠正常神经生理状态 

2. 无GRIN Lens，成本更低

3. 手术便捷，成功率更高

▪ 超低光毒性

散射荧光增强收集系统—深脑超低功率成像

SUPERNOVA-3000创新的使用微型阿贝聚光镜与无限远物镜密接提高散射光的收集效率；李斯特微型管镜复用简化结构，优化光路设计，提高荧光收集效率的同时，保证了大视场分辨率。总体上，散射荧光增强收集构型使微型化显微镜的散射荧光收集效率实现了成倍的提升，实现了在超低成像功率下对自由运动小鼠大脑深部脑区神经元活动进行实时监测。

图8. 散射荧光增强收集构型

基于散射荧光增强收集构型，实现全皮层钙信号成像仅需几个毫瓦，海马钙信号成像仅需要几十毫瓦，大大低于组织损伤的安全阈值。因此，SUPERNOVA-3000可以长时间、不间断连续观测神经元功能活动，且不产生明显的光漂白与光损伤。

图9. AAV-hSyn-GCaMP6s病毒注射小鼠大脑不同深度脑区超低功率钙成像

生物应用

动物自由运动成像

▪ 行为学实验下的小鼠顶叶后皮质 L6（PPC L6）的神经元钙活动（成像深度650 μm）

微型化三光子显微镜可以搭配不同行为学实验的深部脑区进行单细胞级的稳定高时空分辨率成像，满足实时监测单个神经元的活动，结构变化以及不同功能神经元分类等实验需求。

图10. 行为学实验下小鼠大脑PPC L6的神经元活动

▪ 自由运动小鼠大脑海马CA1亚区的神经元钙活动（成像深度1.2 mm）

安全激光功率下通过非侵入式手术对背侧海马CA1（深度达1.2 mm）的钙活动进行成像，监测神经元的钙活动轨迹，并与小鼠行为视频进行同步。

图11. 自由运动小鼠大脑海马CA1亚区的神经元活动

▪ 长时程监测自由运动小鼠大脑海马CA1亚区的神经元钙活动（成像深度978 μm）

在8.35 Hz的成像速率下，进行100分钟不间断连续监测采集自由运动小鼠大脑海马CA1亚区神经元活动，钙信号瞬态特征无明显变化（平均振幅，衰减时间常数，SNR）。

图12. 100分钟不间断采集自由运动小鼠大脑海马CA1亚区神经元活动

小鼠大脑组织3D重构

技术参数

【参考文献】

[1] N. G. Horton, K. Wang, D. Kobat, C. G. Clark, F. W. Wise, C. B. Schaffer, and C. Xu, Nature Photonics 7, 205- 209 (2013)