光纖記錄實(shí)驗(yàn)的耗材配件達(dá)到最大效率的信號(hào)傳輸?shù)倪x購(gòu)指南

Hello everybody，上次的光遺傳耗材選購(gòu)小貼士文章得到了大家廣泛的認(rèn)可與支持！
 

 

本著做事就要細(xì)致的原則，說(shuō)了光遺傳怎么會(huì)少了光纖記錄呢？

本文來(lái)襲，一文讓你看懂光纖記錄實(shí)驗(yàn)如何選擇合適的耗材配件！

首先我們看一下光纖記錄的原理，光纖記錄通過(guò)時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)(TCSPC)的光纖光學(xué)來(lái)測(cè)量熒光分子在大腦中發(fā)出的光信號(hào)。基于基本原理，使用直徑較小的光纖探頭就能實(shí)現(xiàn)傳輸并收集熒光信號(hào)。
 

▲光纖記錄工作原理

光纖記錄系統(tǒng)是目前常用的神經(jīng)元群體熒光信號(hào)檢測(cè)工具，其特點(diǎn)是能通過(guò)光學(xué)技術(shù)記錄特異性神經(jīng)元在特定行為范式中的活性變化，實(shí)驗(yàn)多數(shù)通過(guò)給動(dòng)物注射攜帶熒光蛋白的探針，例如GCaMP、RCaMP、jrGECO1a、DA1h等，同時(shí)在注射部位埋置200-400μm的光纖陶瓷插芯，用于傳送激發(fā)光和收集發(fā)射光。激發(fā)光經(jīng)過(guò)光纖跳線和動(dòng)物頭部陶瓷插芯后到達(dá)特定腦區(qū)，激發(fā)熒光蛋白的熒光，被激發(fā)的熒光信號(hào)的強(qiáng)度可以被植入動(dòng)物腦內(nèi)的光纖末端收集，收集到的熒光經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，隨后經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡被傳送至記錄系統(tǒng)，以達(dá)到實(shí)時(shí)觀察所研究腦區(qū)一群神經(jīng)細(xì)胞信號(hào)活動(dòng)的目的。

而光纖記錄的發(fā)展歷史從之前最常用的PMT探測(cè)器，再到CCD相機(jī)，到現(xiàn)在最流行的CMOS相機(jī)，整體的檢測(cè)通道數(shù)，檢測(cè)速度因?yàn)樘綔y(cè)器的更新得到了更大的提升。同時(shí)內(nèi)部光路從激光再到現(xiàn)在最常用的LED光源，激發(fā)光功率逐漸降低，從而避免了光漂白效應(yīng)的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)程記錄。

從以上內(nèi)容我們可以得知，光纖記錄通過(guò)同一根光纖和陶瓷插針即可實(shí)現(xiàn)傳輸激發(fā)光和收集熒光信號(hào)，同時(shí)激發(fā)光的功率較低（微瓦級(jí)別），如何選擇合適的配件耗材才能達(dá)到最大效率的信號(hào)傳輸呢？

敲黑板，重點(diǎn)來(lái)了（搬起小板凳認(rèn)真聽(tīng)）

 

1.耗材芯徑，數(shù)值孔徑（NA）怎么選擇？

光纖，陶瓷插針需要選擇相同的芯徑及數(shù)值孔徑，同樣參數(shù)規(guī)格下，可以避免傳輸光的損耗。若整體連接中耗材參數(shù)不一致，例如插針的芯徑大于光纖芯徑，就會(huì)導(dǎo)致激發(fā)光的傳輸不受影響而發(fā)射光的收集大大損耗。

2.光遺傳實(shí)驗(yàn)的陶瓷插針可以用于光纖記錄嗎？

二者可以通用。陶瓷插針的自發(fā)熒光很低，對(duì)于光纖記錄實(shí)驗(yàn)沒(méi)有影響。但是光纖記錄更推薦黑色款陶瓷插針和黑色陶瓷套管，可以更好避免環(huán)境光的干擾。

▲黑色款陶瓷插針

3.光纖的材質(zhì)是否有特殊要求？

光纖根據(jù)原料不同，自發(fā)熒光數(shù)值也會(huì)有些差別。普通光纖使用前需要用光纖漂白器進(jìn)行漂白，每次漂白時(shí)間為1.5小時(shí)以上，漂白后可以減少50%-75%的自發(fā)熒光，但是自發(fā)熒光會(huì)隨著時(shí)間逐漸恢復(fù)，所以下次使用之前需要重復(fù)漂白。

▲R810-1光纖漂白器

低自發(fā)熒光光纖采用低自發(fā)熒光材料制作而成，整體的自發(fā)熒光值就很低，實(shí)驗(yàn)中不需要重復(fù)漂白。在檢測(cè)一些較弱信號(hào)情況下，低自發(fā)熒光光纖更具有優(yōu)勢(shì)。

4.光纖記錄實(shí)驗(yàn)?zāi)芊翊钆涔饫w旋轉(zhuǎn)器？

光纖旋轉(zhuǎn)器是一種實(shí)現(xiàn)光旋轉(zhuǎn)連接的光學(xué)器件，在實(shí)驗(yàn)中可以避免動(dòng)物運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的光纖纏繞。光纖旋轉(zhuǎn)器主要參數(shù)分為插入損耗率，旋轉(zhuǎn)變化量，通光率等。常見(jiàn)的光纖旋轉(zhuǎn)器可用于光遺傳實(shí)驗(yàn)，用于清醒自由動(dòng)物長(zhǎng)時(shí)間的刺激和觀測(cè)實(shí)驗(yàn)。

但是光纖記錄的激發(fā)光和發(fā)射光能量都偏低，使用旋轉(zhuǎn)器會(huì)對(duì)信號(hào)傳輸產(chǎn)生影響，在微弱信號(hào)檢測(cè)上具有影響，所以在絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景下，我們不推薦使用。

如果實(shí)驗(yàn)動(dòng)物運(yùn)動(dòng)過(guò)于強(qiáng)烈或者某些特殊實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景（多動(dòng)物社交實(shí)驗(yàn)等）下，可以選擇光纖記錄專(zhuān)用轉(zhuǎn)環(huán)完成實(shí)驗(yàn)（具體可以咨詢?nèi)鹞值落N(xiāo)售同事）。

5. 多通道記錄如何選擇光纖耗材？

光纖記錄儀器通過(guò)同一個(gè)接口即可實(shí)現(xiàn)多通道記錄，所以多通道記錄實(shí)驗(yàn)可以選擇搭配多通道光纖。

▲多通道光纖

6.芯徑越大，數(shù)值孔徑（NA）越大，是不是實(shí)驗(yàn)效果更好？

結(jié)合第一個(gè)問(wèn)題，整體耗材上下游需要保持相同的芯徑和數(shù)值孔徑，從而可以實(shí)現(xiàn)最高效率的光傳輸與記錄。在保持相同參數(shù)下，提高數(shù)值孔徑和芯徑可以擴(kuò)大進(jìn)光面積，一定程度上提高信號(hào)水平。因?yàn)樾緩皆酱髮?duì)于動(dòng)物腦部的損傷也會(huì)大一些，在小鼠實(shí)驗(yàn)中，200微米，NA0.39參數(shù)即可滿足絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)需求。

如果實(shí)驗(yàn)測(cè)試時(shí)沒(méi)有完全匹配的光纖，建議選擇數(shù)值孔徑或芯徑大于陶瓷插針的光纖，此類(lèi)情況下，可以適當(dāng)提高激發(fā)光的功率從而達(dá)到最好的激發(fā)效果，而發(fā)射光的回傳不受影響。

7.實(shí)驗(yàn)如何最大程度避免環(huán)境光的干擾？

選擇黑色陶瓷插針，黑色套管，黑色包層光纖可以最大程度避免環(huán)境光的干擾。此外還可以將牙科水泥涂黑，從而降低環(huán)境光的透入。

 

本期的光纖記錄耗材小貼士就到這里啦！

瑞沃德光纖記錄系統(tǒng)包含全套實(shí)驗(yàn)所需的配件耗材，只需選擇一個(gè)型號(hào)，就可讓實(shí)驗(yàn)“一步到位”，讓您的實(shí)驗(yàn)更省心!

R820三色多通道光纖記錄系統(tǒng)，可記錄GCaMP、dLight等綠色熒光指示劑或遞質(zhì)探針，及RCaMP、jrGECO1a等紅色指示劑或遞質(zhì)探針信號(hào)，同時(shí)特有的410nmLED用于獲取對(duì)照信號(hào)，排除噪聲，可支持定制不同規(guī)格的光纖和陶瓷插芯，滿足多樣化實(shí)驗(yàn)需求。