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Your Good Partner in Biology Research

2克顯微鏡!兩位學者研發創新技術

日期:2011-10-28 09:06:45

10月《Nature Methods》特別介紹了兩位科學家:Abbas El GamalMark Schnitzer,嚴格來說這兩位科學家都算不上生命科學領域的科學家,但是他們推出的兩克顯微系統(Two-gram microscopes)卻對于認知大腦,進行大腦深度成像提供了重要幫助。

 

整個故事起源于兩個學生的友誼:專業為電子工程學的斯坦福教授Abbas El Gamal近年來最新成果是高清三維相機,其實驗室學生Kunal Ghosh希望能讓這種相機更好的用于生物成像中,他的朋友——斯坦福大學生物及應用物理系Mark Schnitzer實驗室的Eric Tatt Wei Ho正在進行神經細胞活性觀察研究,他們倆在交談中想到,是否可以在動物身上直接放一個成像感應器。

 

于是這兩個實驗室展開了合作,但是一般的光學顯微鏡只能觀察到組織的最外層,傳統的顯微技術也無法觀察到大腦中超過700微米深度的部位。在這之前,Mark Schnitzer等人為了解決這個問題,研發了一種新技術,能通過把微內窺鏡(microendoscope)套在微小玻璃管中,再伸入被麻醉小鼠的大腦深部,從而研究人員能每周甚至每個月對大腦的同一位置重復觀察,并且這樣大腦也不用暴露于外界,阻斷了感染的危險。研究人員利用這個方法觀察了神經膠質瘤小鼠模型,觀察到了神經膠質瘤在大腦深部的特征性生長方式,與生長在表面的腫瘤相同。

 

但是這種方法還達不到他們的要求,他們需要更新的技術。El Gamal說,“我們想要設計一個整套系統”,最終他們研發出了一種包含一個半導體成像感應器,一個發光二極管(LED),以及一個聚焦系統,一面鏡子,鏡頭和過濾器,以及9根操控電源和信息處理的導線的顯微系統,令人驚訝的是整個系統僅僅1.9克!

 

這一顯微系統比較于之前的顯微系統,觀察視野,以及獲得的數量都提高了幾個數量級,而且這一顯微系統能觀察到小腦毛細血管中的血流(秒鐘級別),以及同時捕獲超過200個個體神經元中的鈣火花。

 

對于這項成功的合作,El Gamal認為這與典型的設計新型芯片的工程項目完全不同,這項研究的關鍵點不是證明理論概念,而是用于實際情況的功能應用。“收益不僅是這一系統本身,而且證明了其在生物學中的實際應用。”


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