高精度的振动切割用于整个中枢神经系统的3D成像
Canzhen Ma1, Debin Xia2, Shichang Huang3
1School of Engineering Science, University of Science and Technology of China, Hefei 230027, China; Institute of Artificial Intelligence, Hefei Comprehensive National Science Center, Hefei 230088, China; School of Biomedical Engineering, University of Science and Technology of China, Suzhou 215123, China.
Journal of neuroscience methods
|September 4, 2023
概括
我们开发了一种自动化的振动系统,用于精确切割厚厚的脑切片. 该系统能够以单轴子分辨率对整个中枢神经系统 (CNS) 进行高分辨率的3D成像.
科学领域:
- 神经科学是一个神经科学.
- 生物技术是生物技术.
- 影像科学 影像科学
背景情况:
- 中枢神经系统 (CNS) 中神经元形态的准确重建对于理解神经电路和大脑功能至关重要.
- 以前使用组织清除和光板显微镜的方法实现了细胞分辨率,但在大样本中难以分辨单个轴突.
- 样品切割的局限性,如表面波动和工件,阻碍了连续厚片的高质量3D成像.
研究的目的:
- 开发一个自动化,高性能的振动系统,以改善中枢神经系统样本的切割和处理.
- 为了提高整个大脑重建的3D成像的准确性和质量.
- 克服现有切割方法的局限性,在大规模神经成像中实现单轴子分辨率.
主要方法:
- 开发和理论建模具有自动切割和处理能力的高性能振动器系统.
- 试验验证振动的切割机制和优化过程参数.
- 在小鼠中枢神经系统样本上展示系统的性能,用于3D成像.
主要成果:
- 开发的振动组系统实现了局部表面波浪误差为±0.5μm,表面算术平均偏差 (Sa) 为220nm,用于300μm厚的组织片.
- 理论建模准确地预测了表面波动误差和切割参数之间的关系.
- 该系统展示了连续切割能力,使得小鼠中枢神经系统样本的高质量成像成为可能.
结论:
- 自动切割和处理系统显著改善了用于3D成像的厚样片的准备.
- 该系统最大限度地减少了表面波动和手动操纵,支持高通量和高精度的3D大脑映射.
- 这项技术能够以单个轴突分辨率对整个中枢神经系统进行成像,超过目前商用振动组设备.
