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                      用于光遺傳學(xué)的多波長(cháng)五維可調LED光源

                      更新更新時(shí)間:2018-04-13 點(diǎn)擊次數:2936

                       

                      遺傳學(xué)(Optogenetics),即結合遺傳工程與光來(lái)操作個(gè)別神經(jīng)細胞的活性,發(fā)現腦部如何產(chǎn)生γ波(gamma oscillations),并為它們在調控腦部功能中的角色提供新證據,這將有助于發(fā)展一系列腦相關(guān)失調的新療法。

                      光遺傳學(xué)融合光學(xué)遺傳學(xué)的技術(shù),控制特定細胞在空間與時(shí)間上的活動(dòng)。其時(shí)間上程度可達到厘秒,而空間上則能達到單一細胞大小。2010年光遺傳學(xué)被Nature Methods選為年度方法,同年被Science認為是近十年來(lái)的突破之一 。

                      光遺傳學(xué)是由斯坦福大學(xué)的研究人員開(kāi)始用于研究小鼠大腦的,他們將這項技術(shù)稱(chēng)之為Optogenetics(optical stimulation plus genetic engineering 光刺激基因工程/光遺傳學(xué)),這個(gè)技術(shù)的關(guān)鍵是:科學(xué)家們必須事前向小白鼠體內注射一種植物基因,這種基因能夠對不同顏色光的刺激作出敏感的反應,還能通過(guò)自生特性感染類(lèi)似的細胞。

                      使用這些光遺傳學(xué)(optogenetic)工具,能夠激活清醒哺乳動(dòng)物的單一神經(jīng)元,并直接演示神經(jīng)元激活表現出的行為結果。這一光遺傳學(xué)方法使得研究人員能夠獲得關(guān)于脊髓回路的一些重要信息。這種新技術(shù)可以推廣到所有類(lèi)型的神經(jīng)細胞,比如大腦的嗅覺(jué),視覺(jué),觸覺(jué),聽(tīng)覺(jué)細胞等。光遺傳學(xué)開(kāi)辟了一個(gè)新的讓人激動(dòng)的研究領(lǐng)域,可以挑選出一種類(lèi)型的細胞然后發(fā)現其功能。

                      當然現在說(shuō)用于人體實(shí)驗還為時(shí)尚早,但是已經(jīng)有一些研究成果已經(jīng)開(kāi)始逐漸走向臨床應用。 比如,斯坦福大學(xué)神經(jīng)病Amit Etkin正在努力促進(jìn)有關(guān)嚙齒類(lèi)動(dòng)物焦慮癥研究成果的轉化,以利用現有工具改善人類(lèi)相關(guān)疾病的治療。他采用的是經(jīng)顱磁刺激技術(shù),希望能夠像激活小鼠大腦杏仁核區域的神經(jīng)回路從而減輕它們的焦慮癥狀那樣來(lái)激活人腦中類(lèi)似的回路。雖然這種技術(shù)不如光遺傳學(xué)技術(shù)有針對性,但卻具有非侵入性的優(yōu)點(diǎn)。 

                      無(wú)論如何,光遺傳學(xué)開(kāi)辟了一個(gè)讓人激動(dòng)的新研究領(lǐng)域,一些研究人員已經(jīng)開(kāi)始設想,如果能夠克服生物醫學(xué)的挑戰,確保新基因安全地遞送到人體內,基于光遺傳學(xué)的治療方法將直接應用于人類(lèi)。 

                      座落于美國加州的Mightex公司,于2012年推出了世界上*款令人激動(dòng)的多波長(cháng)五維可調光源,可以用于光遺傳學(xué)領(lǐng)域。

                      1. In Vivo Optogenetics:對于活體光遺傳學(xué)來(lái)說(shuō),光纖耦合的LED光源可以把光導入到特定的神經(jīng)元上去,而不會(huì )對其他的神經(jīng)元造成干擾。進(jìn)而,多波長(cháng)的光纖耦合LED光源可以使得在不改變空間位置的前提下,不同波長(cháng)的光通過(guò)同一根光纖耦合導入到神經(jīng)元上,讓科研實(shí)驗變得非常的方便。Mightex公司的FCS和WFC系列LED光源正是為此所專(zhuān)門(mén)設計。

                      2. In Vitro Optogenetics:對于體外光遺傳學(xué)來(lái)說(shuō),為了能夠刺激單個(gè)的神經(jīng)元,因此需要顯微鏡來(lái)達到一定程度上的空間分辨率,對于光源來(lái)說(shuō),需要在顯微鏡的視場(chǎng)中對不同神經(jīng)元的刺激進(jìn)行的控制。Mightex公司的Polygon400 DSI多波長(cháng)五維可調光源正是為此而設計。

                      Mightex公司的Polygon400光源內嵌有非常*的光學(xué)系統,能夠把來(lái)自于LED的光傳遞到DLP平臺然后又通過(guò)顯微鏡到達樣品表面,這種系統化的設計可以使得在保持有限衍射圖像性能的前提下達到zui大的光強度。

                      同時(shí),由于Optogenetics對于時(shí)間性能會(huì )有一定的要求,因此即便在超過(guò)4000fps的刷新率以及快速切換的LED情況下,Ploygon400仍然能夠以微秒的精度來(lái)對光源進(jìn)行控制;同時(shí),用戶(hù)可以從400-700nm的范圍內zui多3個(gè)LED波長(cháng)內置于光源引擎中。

                      而以上的種種控制,都可以通過(guò)Ploygon400自帶的軟件很容易的完成并由用戶(hù)進(jìn)行為便捷的控制,包含了時(shí)間特性,強度特性,波長(cháng)特性,X以及Y軸的移動(dòng)特性。

                      Polygon400性能規格

                      可用的LED波長(cháng)和輸出功率
                       

                      波長(cháng)(nm)

                      輸出功率(mW)

                      靜態(tài)圖像模式

                      脈沖模式

                      400

                      TBD

                      TBD

                      470

                      8.0

                      15

                      530

                      2.2

                      4.5

                      590

                      1.5

                      3

                      617

                      7.0

                      14

                      630

                      7.0

                      14


                      控制和時(shí)間

                      參數

                      zui小

                      zui大

                      單位

                      數位

                      1

                      8

                      Bit

                      曝光時(shí)間@1bit

                      250

                      -

                      μs

                      幀頻@1bit

                      4, 000

                      -

                      1/sec

                      曝光時(shí)間@4bit

                      1, 600

                      -

                      μs

                      幀頻@4bit

                      625

                      -

                      1/sec

                      曝光時(shí)間@8bit

                      8,333

                      -

                      μs

                      幀頻@8bit

                      120

                      -

                      1/sec

                      輸入觸發(fā)器

                      TTL / BNC

                      輸入觸發(fā)延遲

                      TBD

                      TBD

                      μs

                      輸出觸發(fā)器

                      TTL / BNC

                      輸出觸發(fā)延遲

                      TBD

                      TBD

                      μs

                      如何選擇型號?

                      DSI-

                      x-

                      xxxx-

                      xxxx-

                      xxxx-

                      xxx

                      I-內置LED

                      F-光纖或光導輸入

                      波長(cháng)1

                      波長(cháng)2

                      波長(cháng)3

                      內部

                      使用


                      參考型號價(jià)格
                            

                       

                      目前,這款Polygon400光源已經(jīng)為數不少的研究人員購買(mǎi)并正在使用。

                      除了上述提到的Polygon400光源,針對于光遺傳學(xué)應用,Mightex公司還有價(jià)格比較低廉的單波長(cháng)與多波長(cháng)光纖耦合LED供選擇。

                       

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