星朗浩宇ALCOR 920?2?XSight 飛秒激光器 頭足類視葉偏振編碼雙光子成像光源

頭足類烏賊、章魚擁有區(qū)別于脊椎動物的獨特視覺系統(tǒng)，視網(wǎng)膜具備偏振敏感性，但受軟體腦組織散射強、光損傷約束大等因素限制，視葉中樞神經(jīng)活動很難開展清醒動物在體記錄，偏振信息如何處理、編碼的機制長期缺少直接實驗證據(jù)。

沖繩科學技術大學院大學 OIST Sam Reiter 團隊，把雙光子鈣成像和高密度電生理結合，對清醒固定大鰭礁幼烏賊視葉做單細胞水平大規(guī)模功能解析。Spark Lasers ALCOR 920?2?XSight 飛秒光纖激光器作為核心激發(fā)光源，依靠 920nm 波段穿透能力、可調(diào)色散預補償、集成 XSight?AOM 高速光控，完成深層軟體腦組織長時程、單細胞分辨率成像，最終揭示視葉 14 種功能細胞類型與層級化偏振編碼機制。昊量光電（星朗浩宇）作為 Spark Lasers 國內(nèi)授權代理，可為非模式動物神經(jīng)成像提供光源選型與系統(tǒng)集成技術支持。

一、OIST 頭足類視葉研究核心實驗背景

過去對頭足類視覺研究大多停留在行為學、解剖層面，很難直接觀測活體視葉內(nèi)部神經(jīng)元活動。本次研究搭建基于 Thorlabs MM201 套件的定制雙光子顯微鏡，搭配共振掃描系統(tǒng)、壓電 Z 軸物鏡切換模塊，將 ALCOR 920?2?XSight 作為激發(fā)光源，完成清醒幼烏賊視葉的在體鈣成像。

實驗主要產(chǎn)出：

1. 在視葉表層識別出 14 種不同功能的神經(jīng)元細胞，分層編碼光強、偏振角信息；

2. 闡明視葉從基礎特征到方向選擇信號的層級信息處理架構；

3. 解析髓質(zhì)神經(jīng)元對線偏振度信號的響應，以及和光強信息的整合機制；

4. 野外水下成像證實偏振視覺可以提升物體與背景對比度，解釋頭足類捕獵、行為生理基礎。

   
   

二、ALCOR 920?2?XSight 在本研究中的三大關鍵支撐

2.1 實現(xiàn)深層軟體腦組織單細胞高信噪比成像

920nm 波長和鈣指示劑激發(fā)光譜匹配，生物組織散射損耗更低；激光器輸出 2.5W 平均功率、＜100?fs 超短脈沖；內(nèi)置色散預補償模塊調(diào)節(jié)范圍?90000~+120000 fs2，抵消顯微鏡光路與生物組織引入正色散，保證樣品面維持窄脈沖，保障視葉不同深度都可以拿到單細胞級高信噪比熒光信號。

2.2 支撐高速平面與多 Z 層體積成像

實驗搭配 8kHz 共振掃描器，512×512 像素實現(xiàn) 15.4Hz 平面成像；通過壓電物鏡掃描器完成 5 個 Z 平面（間隔約 40?μm）快速切換，達到 3.75Hz 體積成像速率。能夠同時采集視葉多個深度的神經(jīng)群體活動，支撐跨層次神經(jīng)時空動態(tài)解析。

2.3 適配清醒動物長時程在體成像

到達樣本平面控制在 35?70mW 功率區(qū)間，在熒光信號強度和光漂白、光毒性之間取得平衡?？梢栽诜锹樽砬逍延诪踬\上開展長時間連續(xù)觀測；設備同步觸發(fā)輸出，能夠和海水灌注、紅外行為監(jiān)控、光刺激系統(tǒng)做時序對齊，保障長時間實驗動物生理狀態(tài)穩(wěn)定，保證數(shù)據(jù)連續(xù)性。

三、ALCOR 920?2?XSight 產(chǎn)品核心硬件優(yōu)勢

? 深層雙光子成像能力：2.5W 平均功率，80MHz 重復頻率，＜100fs 脈沖，峰值功率 312.5kW；920nm 適配 GCaMP 鈣指示劑，適配軟體、哺乳動物腦組織深層激發(fā)。

? 大動態(tài)范圍智能色散管理：?90000 ~ +120000 fs2 可調(diào)色散預補償，補償鏡片、物鏡、生物介質(zhì)帶來的脈沖展寬，樣品端維持高激發(fā)效率。

? 集成 XSight?AOM 高速光控模塊：快速光開關與精細功率調(diào)節(jié)，支持時間復用成像，規(guī)避視覺刺激光與成像激光之間的光學串擾。

? 脈沖重復頻率靈活可調(diào)：0?80MHz 可設置，降低重頻即可減少生物樣品光熱損傷，同時保留足夠熒光激發(fā)信噪比。

? 易集成全光纖風冷結構：風冷散熱，全光纖一體化設計，可直接對接 Thorlabs 等主流 DIY 商用雙光子平臺；方便搭配壓電物鏡掃描、電生理、行為監(jiān)測做多模態(tài)系統(tǒng)。

四、拓展科研應用方向

OIST 在烏賊上的實驗驗證了這套光源在軟體非模式動物腦成像的可行性，除頭足類視葉研究外，還可以面向更多科研場景落地：

1. 跨物種比較神經(jīng)生物學：可復用于章魚、墨魚等其他頭足類，開展軟體動物門比較神經(jīng)學，解決以往難以在體記錄的難題。

2. 偏振編碼動態(tài)神經(jīng)解析：配合高速掃描方案，用來解析偏振視覺、顏色、運動信號之間毫秒級動態(tài)整合過程。

3. 多腦區(qū)多模態(tài)聯(lián)合實驗：可拓展向更長波長對接三光子成像，觸達更深腦區(qū)；和電生理、行為追蹤設備聯(lián)合，搭建從感覺輸入到行為輸出完整研究平臺。

   
   

   
   

   
   

   

五、星朗浩宇/昊量光電配套供貨與技術服務

昊量光電（星朗浩宇）是法國 Spark Lasers 中國大陸授權代理商，針對神經(jīng)科學雙光子成像提供完整技術支持：

1. 售前選型評估，結合樣品類型、成像深度、掃描系統(tǒng)給出配置建議，包含 AOM、色散預補償配置；

2. 協(xié)助對接開放式 DIY 雙光子顯微鏡平臺，提供集成參考方案；

3. 設備供貨、軟件操作培訓、參數(shù)調(diào)試指導；

4. 本地化售后技術響應。

   
   

六、FAQ

Q1：ALCOR 920?2?XSight 為什么適合烏賊這類軟體動物腦成像？

A：920nm 波段組織散射損耗低，搭配大調(diào)節(jié)范圍色散預補償，可補償軟體腦組織帶來脈沖展寬；功率窗口可控，可以在清醒動物長時間成像下控制光損傷。

Q2：XSight（AOM）模塊在頭足類視覺實驗起到什么作用？

A：實現(xiàn)高速光開關與精細功率調(diào)節(jié)，實現(xiàn)時間復用成像，消除視覺刺激光源和雙光子成像激光之間的光學串擾。

Q3：ALCOR 920?2?XSight 可以對接 DIY 雙光子顯微鏡套件嗎？

A：全光纖輸出，風冷結構，可以兼容 Thorlabs MM201 這類主流開放式雙光子平臺，也可搭配壓電物鏡掃描器做多 Z 層體積成像。

Q4：色散預補償調(diào)節(jié)范圍?90000~+120000 fs2，實際解決什么問題？

A：補償物鏡、光學鏡片、生物介質(zhì)引入的正色散，避免飛秒脈沖在到達樣品前被展寬，保障樣品位置保持高峰值功率，維持雙光子激發(fā)效率。

總結

OIST 團隊借助 ALCOR 920?2?XSight 飛秒激光器，突破頭足類軟體腦組織在體成像的現(xiàn)實障礙，完成幼烏賊視葉單細胞層面的偏振編碼機制解析。該激光器憑借 920nm 波段深層穿透能力、大動態(tài)可調(diào)色散預補償、集成 AOM 高速光控、靈活系統(tǒng)集成能力，不僅適配頭足類等非模式生物神經(jīng)研究，也可以用于清醒動物長時程雙光子鈣成像、多模態(tài)神經(jīng)環(huán)路實驗。

如果您正在搭建非模式生物或者清醒動物雙光子在體成像平臺，可訪問昊量光電產(chǎn)品頁面查閱 ALCOR 920?2?XSight 完整規(guī)格，聯(lián)系技術人員開展選型評估。

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