科技日报数读中国创新——超维景核心科技:2.2g微型化双光子显微镜

2022-10-17 14:19:47 浏览:695

 

习近平总书记在二十大报告中强调:“必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力,深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略,开辟发展新领域新赛道,不断塑造发展新动能新优势。”

科技从根本上决定了一个国家的综合实力和国际竞争力,而企业是创新发展的主力军,也是集聚科技创新要素的重要载体。北京超维景生物科技有限公司研制的新一代高速高分辨微型双光子荧光显微镜,开创了自由行为动物脑成像新的里程碑。以2.2克的核心科技,展示了中国创新的新高度。

在生物医学领域,成像技术是最重要的技术手段之一,它让研究者能够观察到组织和细胞内正在发生的过程,为各项研究提供直接而确切的证据。2017年,超维景创始研发团队攻克了技术壁垒,解决了微型化双光子显微镜遇到的难题,在保证成像分辨率成像速度荧光收集效率的前提下,研制出了新一代微型化双光子显微镜FIRM-TPM,其性能可与台式双光子显微镜相媲美。这款体积小重量轻的显微镜可以佩戴在小动物的头部,对其神经元和树突棘进行实时成像,在世界上第一次获取了自由行为小鼠单个树突棘的清晰稳定图像,实现了真正意义的自由行为动物亚细胞水平的实时稳定成像。这一成果是生物医学成像技术的重大突破,也是我国科学家在自主研发大型仪器方面取得的重大进展。

企业介绍

超维景生物科技于2016年7月成立,专注于高端生物医学成像装备的研发生产和销售。团队核心成员由中国科学院院士以及北京大学生物学、医学、物理学和生理学等多学科背景的专家组成。

公司转化的微型化双光子显微成像系统,在世界上首次实现对自由行为的动物神经系统活动的观察,解决了“脑计划”的核心痛点。该系统目前已服务于国内外多家科研院所,用于脑结构和功能的动态观测与研究,包括南京高通量脑成像平台、深圳先进技术研究院、中山大学中山眼科中心、挪威科技大学(2014年诺贝尔生理学或医学奖获得者Edvards Moser教授实验室)、纽约大学、德国马普所、德国马普鸟类研究所等。

2020年,超维景全资子公司---广州超视计生物科技有限公司成立,专注于进行智能超灵敏活细胞超分辨显微镜的研发、生产和推广。该显微镜是目前最灵敏的结构光超分辨率显微镜,可进行活细胞的实时动态高分辨率成像。

公司拥有多项核心技术,目前累计拥有发明专利、实用新型、软件著作权等60余项知识产权,斩获2017年度科技部“中国科学十大进展”、《Nature Methods》“2018年度方法”等多项殊荣,在取得《中关村高新技术企业》、《中关村金种子企业》及《中关村胚芽企业》等资质基础上,于2019年完成《国家高新技术企业》资质认定。

 图1:超维景企业荣誉

 

微型化双光子显微镜

超维景自主研制的快速微型化双光子显微成像系统,在全球首次获取了小鼠在自由行为过程中大脑神经元和神经突触活动的清晰、稳定的动态图像。其产品具有高分辨大视野等多个型号,可在动物自由活动状态下,约150 μm变焦和多平面快速切换的实时成像,并可对同一批神经元长期稳定跟踪。结合光遗传模块,还可以在结构与功能成像的同时,精准地操控神经元和大脑神经回路的活动。该系统为研究大脑的结构和功能提供了一个革命性的新工具,可融合微观神经元和神经突触活动与大脑整体的信息处理和个体行为信息,成为全景式解析脑连接图谱和功能动态图谱的利器。

图2:FIRM-TPM微型化双光子显微镜高分辨型 

系统特点和优势

柔:系统采用柔性光纤和细软的微机电扫描振镜线缆,避免长期佩戴对动物的干扰

稳:各部件精密设计,可对同一区域长时程、反复成像,动物剧烈运动时仍稳定成像

快:成像速度快,为9 Hz@512×512,平面间切换速度为4 Hz@512×512,可实时观察神经元和神经网络活动

简:探头可整体即时拔插,极大地简化了实验操作,避免长期佩戴对动物的干扰

探头优势

轻:探头重2.2 g,可在小鼠头部“戴着跑”

小:体积小,可佩戴于小鼠头部或者大动物头部的多个部位

精:分辨率高,可清楚观察单个树突棘的结构变化。高分辨型<850 nm,大视场型<1.3 μm

深:工作距离为1 mm,并具有盖玻片补偿功能,在150 μm范围电动变焦,可观察神经环路活动

图3: 2.2g微型双光子荧光显微镜 

系统功能

系统能够配置移动的轴向扫描模块,实现三维成像和多平面快速切换实时成像,用于脑神经回路观察;还可配置光遗传模块,对神经元和大脑神经回路活动进行精确控制。

高分辨成像:分辨率高,为<850 nm,可实时观察树突棘等微观结构,实现亚细胞级成像。

大视场成像:500 μm × 400 μm大视野成像,可实时记录数百个神经元,上千个突触的动态信号。神经分布情况及兴奋轨迹尽收眼底。

双通道成像:在同一波长下,通过两个探头同时对两只动物,或者同一动物不同区域成像。可同时观察发生社交行为的两只动物的神经活动,或者观察同一动物不同核团的变化。

双色成像:在两种不同波长下,通过同一个探头对研究区域成像。可同时观察两种分子的变化。

三维成像:可在z轴150 μm范围内,进行三维立体成像,实现对神经环路的观察。

光遗传操控成像:可整合光遗传模块,对所研究细胞进行精准调控的基础上成像。

展望未来,超维景必将坚定不移拥护”创新驱动发展 迈向科技强国“的理念,以一个又一个创新,推动科技发展,推动人类健康事业发展,更为科技强国梦添砖加瓦。

 

公司动态

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