OPM光片技术在海葵活体成像中的应用

图1：‌ 使用Kinetix sCMOS相机拍摄的‌海葵(Nematostella)运动动画(顶部)与图像拼接图(底部)‌。图像以两秒间隔采集，比例尺已标注。从图像序列中可观察到‌收缩波的运动过程‌。本图引自参考文献Singh et al. 2022。

背景介绍

罗里·鲍尔博士(Dr. Rory Power)是位于海德堡的欧洲分子生物学实验室(EMBL)总部先进成像中心的一名科学家兼工程师。他参与了多项研究项目，并负责指导参与定制光片显微成像系统开发的博士生。

鲍尔博士对其光片成像系统作了如下描述：“这是一台斜平面显微镜(OPM)，它采用单一物镜设计，使我们能够在更传统的倒置式落射荧光显微镜配置下开展光片显微成像，同时减少对样本几何形状的限制，并可使用水浸物镜。”

“该系统用于对‘小触手怪’海葵(Nematostella)进行成像研究。这类生物在形态学和行为学上具有重要研究价值，其肌肉液压系统与神经动力学如何影响发育和运动模式是核心科学问题。我们利用光片显微技术，观察这些动物体内收缩波的运动过程。”

挑战‌

鲍尔博士向我们讲述了他在成像工作中面临的挑战：“‌海葵(Nematostella)无法被固定‌，这些是完全成熟的动物，需要自由活动并表现出自然行为。样本在液滴中自由移动，我们只能在它们进入相机视野时进行成像。此外，我们需要高速成像以捕捉动态运动，同时保持大视野(FOV)。”

除了上述问题，‌海葵对光敏感‌，这意味着需要采用低光照明模式，导致信号水平降低，因此需要高灵敏度相机。由于海葵的尺寸较小(长约1.5毫米，宽约200微米)，‌只有当其身体轴处于特定方向时才能用光片成像‌，这进一步要求使用大视野以增加有效成像机会。

最后，‌为了进一步扩大视野，需使用低倍率物镜‌，但这类物镜的数值孔径(NA)较低，在OPM(斜平面显微镜)成像模式下会带来挑战。

‌Kinetix相机的高速性能和大尺寸芯片使其成为我们成像应用的理想选择。‌——罗里·鲍尔博士

‌解决方案‌

‌Kinetix相机‌是这一成像应用的理想解决方案，其兼具‌29毫米超大视野(FOV)‌与‌全传感器范围500帧/秒(fps)的超高速度‌。该相机广泛应用于光片显微成像领域，使研究人员无需再在性能上妥协。

鲍尔博士分享了他使用Kinetix相机的体验：“‌Kinetix的高速性能与大尺寸芯片使其成为我们应用的理想选择‌。目前，在近期实验中，我们甚至尚未完全发挥其最高速度，可轻松实现5倍提速。”

“软件设置完美适配触发式图像采集，运行流畅无任何问题。将相机接入系统硬件的过程也十分简便。”

‌Kinetix sCMOS相机‌凭借更优性能，取代了此前用于校准/测试的传统sCMOS相机，实现了‌大视野范围内的高分辨率成像，同时保持高速采集能力‌。

审核编辑 黄宇