2克显微镜！两位学者研发创新技术

　　

生物通报道：10月《Nature Methods》特别介绍了两位科学家：Abbas El Gamal和Mark Schnitzer，严格来说这两位科学家都算不上生命科学领域的科学家，但是他们推出的两克显微系统（Two-gram microscopes）却对于认知大脑，进行大脑深度成像提供了重要帮助。

整个故事起源于两个学生的友谊：专业为电子工程学的斯坦福教授Abbas El Gamal近年来最新成果是高清三维相机，其实验室学生Kunal Ghosh希望能让这种相机更好的用于生物成像中，他的朋友——斯坦福大学生物及应用物理系Mark Schnitzer实验室的Eric Tatt Wei Ho正在进行神经细胞活性观察研究，他们俩在交谈中想到，是否可以在动物身上直接放一个成像感应器。

于是这两个实验室展开了合作，但是一般的光学显微镜只能观察到组织的最外层，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”，最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！

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，而且这一显微系统能观察到小脑毛细血管中的血流（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。“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。”

（生物通：万纹）

原文摘要：

The author file: Abbas El Gamal and Mark Schnitzer

The impetus for the construction of several powerful but tiny microscopes was the idea of building a new imaging sensor. These devices, which are found in digital cameras, convert light into electronic signals. Kunal Ghosh, then a graduate student in Abbas El Gamal's laboratory, wanted to make a sensor better suited for biological imaging. Across Stanford University's Campus Drive, his friend, Eric Tatt Wei Ho, a graduate student in Mark Schnitzer's lab, was working on ways of imaging neural activity. In a chance conversation, the two wondered whether there was a way to put an imaging sensor directly onto an animal.