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图1:神经微电路实验室所使用的电生理装置图像,展示了显微镜、作为探测器的Prime 95B CMOS,以及围绕样本布置的多个贴片电极。
背景
Maurizio Pezzoli博士在神经微回路实验室工作,通过在急性切片中进行全细胞膜片钳实验来分析局部微回路。主要方法是多重膜片钳,正如Pezzoli博士所说:“实验室拥有首个12通道膜片钳系统,因此我们可以在一个切片中放置12个玻璃微电极,观察神经元之间是如何相互交流的。”
“实验室的努力在于尝试理解不同类型的神经元是如何连接的,以及更大的回路是如何连接的。我的主要研究重点将围绕躯体感觉皮层和躯体感觉丘脑,但我们也在测试其他部分,例如海马体。”
为此,Pezzoli博士在约300微米的脑组织切片上进行电生理实验,使用多个贴片移液管记录神经元功能。然而,生成清晰的组织图像对于确保用微型移液管正确贴片至关重要。
挑战
Pezzoli博士概述了他工作中的一些挑战:“我们需要在大部分黑白的环境中获得清晰的图像,我们还在使用红外线,因为它可以穿透300微米的组织切片……我们的贴片操作都是实时进行的,当细胞位于厚组织中时,使用多个移液管靠近需要良好的光学引导,并且为了把握进行贴片的最佳时机,你确实需要看清一切。”
我们大幅提升对比度,因此需要一台灵敏的相机;其次,我们需要它运行得非常快,因为我们只有很短的时间来修补细胞,否则它就会消失;我们还需要极高的分辨率,因为观察的是非常微小的表面,如果光学倍率增加过多,就会失去工作距离,所以存在限制。我们的工作距离约为2毫米,但随着我们放置更多移液器,我们在XY方向上会受到限制。
这项具有挑战性的应用需要一台灵活、高灵敏度且具有大动态范围的相机。
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对[Prime 95B]非常满意,我之前遇到了一些问题,而这成为了一个极佳的解决方案,可能也是我用过的最好的光学设备。——Maurizio Pezzoli博士,Henry Markram教授
解决方案
Prime 95B CMOS 是该应用的理想解决方案,其近乎完美的 95% 量子效率可最大限度地收集信号,并在大视野范围内保持高速运行。16 位模式下的宽动态范围能够识别出极小的神经元,同时提升亮度并实现良好的图像对比度,从而辅助膜片钳实验过程。
Pezzoli 博士一直将 Prime 95B 用于他的膜片钳实验:“它让膜片钳操作变得更容易,对我来说最大的好处是它改善了我的操作,因为我能看得更清楚,尤其是那些微小的中间神经元……安装过程非常简单,在实验室收到新装备总是令人高兴的,而且它非常易于使用。”
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