我国成功研制多色微型化双光子显微镜 开启脑科学 “彩色视界”

近日，我国科学家在脑科学研究工具领域取得重大突破 —— 历经 4 年联合研发，北京大学程和平、王爱民团队与北京信息科技大学吴润龙团队自主研制出仅重 2.6 克的新一代多色微型化双光子显微镜。该设备首次实现自由活动小鼠高分辨率深脑双光子彩色成像，成功解决微型化双光子显微镜多色激发成像的长期难题，相关成果已于 21 日在线发表于国际顶 级期刊《自然 - 方法》，为全 球解 码复杂脑功能机制提供了全新工具。​

核心突破：2.6 克 “小家伙” 打破多色成像局限​

双光子显微成像技术是脑科学研究的 “眼睛”，其核心器件空心光纤的性能直接决定成像能力。此前，传统空心光纤仅能传输单一波长的超快激光，导致显微镜无法实现多色成像，只能观测单类型细胞，极大限制了对大脑复杂网络的研究。​

此次研发团队的关键突破，在于创新研制出一种新型超宽带空心光纤。“这种光纤具备低损耗、低色散的显著优势，可实现 700 至 1060 纳米波长的多种飞秒脉冲激光传输，为多色成像筑牢了技术基础。” 北京信息科技大学吴润龙教授形象地解释，“这相当于给大脑装上了‘彩色直播设备’，不同类型细胞能标注不同颜色的荧光，科研人员从此能清晰看到多种细胞间的复杂行为，研究它们如何协同互作。”​

除了多色成像，该显微镜还创下两项重要纪录：一是在小鼠脑超 820 微米深度的皮层，成功获取神经元钙信号与结构成像，这是目前不破坏脑组织前提下，微型化双光子显微镜能达到的最深成像深度；二是镜头可实现大视场观测与高分辨精细成像的无缝转换，灵活适配不同研究需求。​

实验应用：助力阿尔茨海默病早期研究​

在实际科研场景中，这款 “轻量化” 显微镜已展现出强大应用价值。研究人员将其佩戴在患有阿尔茨海默病的小鼠头部，首次同步捕捉到神经元钙信号（红色）、线粒体钙信号（绿色）与斑块沉积（蓝色）的三色动态影像。更关键的是，团队在疾病早期阶段，就观测到邻近斑块的细胞和线粒体活动异常现象 —— 这一发现为阿尔茨海默病的早期诊断与机制研究提供了重要观测依据。​

“过去，多色荧光标记无创深脑成像只能依赖大型台式设备，无法对自由活动的生物进行观测。” 北京大学国家生物医学成像科学中心主任程和平指出，此次微型化设备的研制，彻底打破了场景限制，让科研人员能更真实地观测生物在自然活动状态下的脑功能动态。​

未来可期：多领域应用打开脑科学研究新空间​

对于该技术的未来价值，程和平充满信心。他表示，这款多色微型化双光子显微镜将在多个领域发挥关键作用：在基础研究层面，可助力科学家理解脑认知原理、解析大脑复杂网络；在医学应用领域，能为脑疾病机制研究、神经药物评估提供精 准工具；在前沿科技领域，还将为脑机接口技术的研发提供重要支撑。​

业内专家认为，我国在该领域的自主突破，不仅填补了微型化双光子显微镜多色成像的技术空白，更标志着我国在脑科学研究工具研发领域已跻身国际先进行列，将为全 球脑科学研究贡献 “中国力量”。​