1700nm波段深层皮肤多光子成像技术研究

批准号:
61775143
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
王科
依托单位:
学科分类:
F0511.生物、医学光学与光子学
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
翟鹏、侯国辉、刘鸿吉、温文辉、何杰兴、王家麒、杜毓
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中文摘要
多光子成像是皮肤科学研究,例如皮肤病诊断、药品渗透性测试等应用的重要研究手段。目前,临床商用多光子成像系统的标称深度仅为200µm,采用800nm波段飞秒脉冲激发。突破这一深度瓶颈、实现更深层成像对皮肤科学研究意义重大。我们最近研究表明:1700nm波段具有更深层成像能力,对脑组织的无损成像深度是800nm波段的两倍。在此基础上,本项目拟开展1700nm波段深层皮肤多光子成像技术研究。实验上:1)建造该波段高能量、MHz重复频率飞秒脉冲光源;2)建造1700nm波段优化设计的激光扫描显微镜;3)利用整套系统开展皮肤样品的深层、多模态多光子成像研究并与800nm波段对比。本项目旨在构建超过现有商用水平成像深度的深层皮肤多光子成像系统,演示其在生物样品中的成像,与现有技术进行对比以体现其成像深度优势,以期为(深层)皮肤科学研究提供新的技术解决方案,并为其在临床应用于人体提供最初的实验依据。
英文摘要
Multiphoton microscopy (MPM) is a key technology to visualize structures and dynamics for dermatology research. So far, commercial MPM systems for clinical use with 800-nm femtosecond excitation are limited to an imaging depth of 200 µm. Further boosting imaging depth to enable visualization of deeper structures is of vital importance to dermatology research. Our recent research shows that excitation at the 1700-nm window enables twice larger imaging depth into the brain compared with that at the 800-nm window. Based on these results, here we propose to perform research on multiphoton microscopy of deep skin tissue at the 1700-nm window. Experimentally, we will 1) build a high-energy femtosecond laser source at the 1700-nm window with MHz repetition rate, 2) build a laser scanning microscope optimized for 1700-nm MPM, and 3) utilizing the laser and microscope system, perform deep-tissue multimodal MPM of skin tissue and compare it with MPM excited at the 800-nm window. Our main goal in this proposal is to establish a MPM system suitable for dermatology research, with imaging depth transcending that can be achieved by the current commercially available technologies. We will demonstrate its application to biological samples. By doing this, we will establish the technological advantages of our 1700-nm deep skin MPM and provide new solution to (deep) skin research, and pave the way for its final application to clinical use on human subjects.
多光子成像是皮肤科学研究,例如皮肤病诊断、药品渗透性测试等应用的重要研究手段。目前,临床商用多光子成像系统的标称深度仅为200μm,采用800nm波段飞秒脉冲激发。突破这一深度瓶颈、实现更深层成像对皮肤科学研究意义重大。1700nm波段的三光子成像已经在活体动物脑成像中取得成功,获得了目前最大的成像深度。因而在活体动物皮肤深层成像中极具应用前景。截至本申请项目以前,尚无1700nm波段深层皮肤多光子成像演示,因而采用何种成像模态、可以看到什么结构、可以成像多深均未知。在本申请项目中,我们开展了1700nm波段深层皮肤多光子成像,建造了光源、激光扫描显微镜系统,深入研究了成像模态及标记技术,最终利用整套系统在活体小鼠深层皮肤成像中取得了一系列原创性研究成果,深度超过800nm波段。.所取得的主要成果为:(1)建造了基于多种非线性光学效应的1700nm波段飞秒脉冲光源,适合作为深层皮肤成像的激发光源。(2)建造了适合1700nm波段多种模态多光子成像的激光扫描显微镜,可以开展双光子荧光、三光子荧光、二次谐波、三次谐波成像。(3)明确了采用1700nm波段激发,在活体小鼠皮肤内可以通过双光子荧光、三光子荧光、二次谐波、三次谐波这些不同的成像模态看到不同的结构,并开发了相应的皮肤结构荧光标记技术。(4)在上述研究的基础上,在活体小鼠皮肤内,实现了对弹性纤维、胶原蛋白、髓鞘、角质细胞、皮脂腺、汗腺、淋巴管及其瓣膜、血管、脂肪细胞等的结构成像,以及对淋巴管收缩以及血液流动的动力学成像,最大成像深度达表面下360μm,超过800nm波段多光子成像。.本项目的成果在实际应用中将为(深层)皮肤科学研究提供新的技术解决方案,使我们看的更深,并为其在临床应用于人体提供最初的实验依据。
期刊论文列表
专著列表
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Measurement of 3-photon excitation and emission spectra and verification of Kasha's rule for selected fluorescent proteins excited at the 1700-nm window
测量 3 光子激发和发射光谱,并验证在 1700 nm 窗口激发的选定荧光蛋白的 Kasha 规则
DOI:10.1364/oe.27.012723
发表时间:2019-04-29
期刊:OPTICS EXPRESS
影响因子:3.8
作者:Deng, Xiangquan;Zhuang, Ziwei;Wang, Ke
通讯作者:Wang, Ke
Self-referenced axial chromatic dispersion measurement in multiphoton microscopy through 2-color third-harmonic generation imaging
通过 2 色三次谐波生成成像在多光子显微镜中进行自参考轴向色散测量
DOI:10.1002/jbio.201800071
发表时间:2018
期刊:Journal of Biophotonics
影响因子:2.8
作者:Du Yu;Zhuang Ziwei;He Jiexing;Liu Hongji;Qiu Ping;Wang Ke
通讯作者:Wang Ke
In Vivo Deep-Brain Structural and Hemodynamic Multiphoton Microscopy Enabled by Quantum Dots
量子点实现的体内深部脑结构和血流动力学多光子显微镜
DOI:10.1021/acs.nanolett.9b01708
发表时间:2019-08-01
期刊:NANO LETTERS
影响因子:10.8
作者:Liu, Hongji;Deng, Xiangquan;Wang, Ke
通讯作者:Wang, Ke
Deep-skin multiphoton microscopy in vivo excited at 1600 nm: A comparative investigation with silicone oil and deuterium dioxide immersion
1600 nm 激发的体内深层皮肤多光子显微镜:硅油和二氧化氘浸泡的比较研究
DOI:10.1002/jbio.202100076
发表时间:2021
期刊:Journal of Biophotonics
影响因子:2.8
作者:Wang Ke;Pan Yi;Tong Shen;Chen Xinlin;Lu Yuan;Qiu Ping
通讯作者:Qiu Ping
Wavelength Separation Tunable 2-Color Soliton Generation and Its Application to 2-Color Fluorescence Multiphoton Microscopy
波长分离可调谐二色孤子产生及其在二色荧光多光子显微镜中的应用
DOI:10.1109/jlt.2018.2833280
发表时间:2018-08
期刊:Journal of Lightwave Technology
影响因子:4.7
作者:He Jiexing;Du Yu;Zhuang Ziwei;Wen Wenhui;Liu Hongji;Wang Ke;Qiu Ping
通讯作者:Qiu Ping
活体动物1700nm波段多光子脑室结构成像技术研究
- 批准号:--
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:10.0万元
- 批准年份:2025
- 负责人:王科
- 依托单位:
2200nm波段激发深层脑部结构多光子荧光成像研究
- 批准号:--
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:15.0万元
- 批准年份:2024
- 负责人:王科
- 依托单位:
1700nm波段荧光标记物三光子发射谱测量技术及应用研究
- 批准号:61975126
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:59.0万元
- 批准年份:2019
- 负责人:王科
- 依托单位:
1600至1820nm波段荧光标记物的三光子作用截面测量及其在生物组织成像中的应用研究
- 批准号:61475103
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:80.0万元
- 批准年份:2014
- 负责人:王科
- 依托单位:
国内基金
海外基金
