上图：两克显微系统机构和原理图
近日，斯坦福大学电子工程学教授Abbas El Gamal和应用物理系Mark Schnitzer，近期合作推出了对于认知大脑，进行大脑深度成像具有重要帮助的两克显微系统(Two-gram microscopes)，这一显微系统比较于之前的显微系统，观察视野，以及获得的数量都提高了几个数量级，10月《Nature Methods》对两位科学家做了特别介绍。
一般的光学显微镜只能观察到组织的外层，传统的显微技术也无法观察到大脑中超过700微米深度的部位。在这之前，Mark Schnitzer等人为了解决这个问题，研发了一种新技术，能通过把微内窥镜(microendoscope)套在微小玻璃管中，再伸入被麻醉小鼠的大脑深部，从而研究人员能每周甚至每个月对大脑的同一位置重复观察，并且这样大脑也不用暴露于外界，阻断了感染的危险。研究人员利用这个方法观察了神经胶质瘤小鼠模型，观察到了神经胶质瘤在大脑深部的特征性生长方式，与生长在表面的肿瘤相同。
但是这种方法还达不到他们的要求，他们需要更新的技术。El Gamal说，“我们想要设计一个整套系统”，终他们研发出了一种包含一个半导体成像感应器，一个发光二极管(LED)，以及一个聚焦系统，一面镜子，镜头和过滤器，以及9根操控电源和信息处理的导线的显微系统，令人惊讶的是整个系统仅仅1.9克!而且这一显微系统能观察到小脑****中的血流(秒钟级别)，以及同时捕获超过200个个体神经元中的钙火花。
对于这项成功的合作，El Gamal认为这与典型的设计新型芯片的工程项目完全不同，这项研究的关键点不是证明理论概念，而是用于实际情况的功能应用。他表示：“收益不仅是这一系统本身，而且证明了其在生物学中的实际应用。”
原文摘要：
Miniaturized integration of a fluorescence microscope
Kunal K Ghosh, Laurie D Burns, eric D Cocker, Axel Nimmerjahn, Yaniv Ziv, Abbas El Gamal & Mark J Schnitzer
The light microscope is traditionally an instrument of substantial size and expense. Its miniaturized integration would enable many new applications based on mass-producible, tiny microscopes. Key prospective usages include brain imaging in behaving animals for relating cellular dynamics to animal behavior. Here we introduce a miniature (1.9 g) integrated fluorescence microscope made from mass-producible parts, including a semiconductor light source and sensor. This device enables high-speed cellular imaging across ~0.5 mm2 areas in active mice. This capability allowed concurrent tracking of Ca2+ spiking in >200 Purkinje neurons across nine cerebellar microzones. During mouse locomotion, individual microzones exhibited large-scale, synchronized Ca2+ spiking. This is a mesoscopic neural dynamic missed by prior techniques for studying the brain at other length scales. Overall, the integrated microscope is a potentially transformative technology that permits distribution to many animals and enables diverse usages, such as portable diagnostics or microscope arrays for large-scale screens.
