大腦深部區(qū)域與基本生命功能密切相關(guān)，在各種神經(jīng)疾病中均觀察到深部大腦的結(jié)構(gòu)和功能異常，例如帕金森病、阿爾茨海默癥、抑郁癥和強(qiáng)迫癥等。但在嚙齒類動(dòng)物研究模型中，由于神經(jīng)組織，特別是胼胝體，具有對(duì)光的高散射光學(xué)特性。如何突破成像深度極限，在自由活動(dòng)動(dòng)物上對(duì)距離腦表層深度＞1 mm的結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像存在極大的挑戰(zhàn)。三光子成像技術(shù)的出現(xiàn)將成像深度大大擴(kuò)展至1500 μm，為非侵入式深腦成像帶來(lái)了曙光。
   
解析腦連接圖譜和功能動(dòng)態(tài)圖譜是我國(guó)和世界多國(guó)腦計(jì)劃的一個(gè)重點(diǎn)研究方向，但傳統(tǒng)的多光子顯微鏡進(jìn)行常規(guī)腦成像通常需要將動(dòng)物的頭部固定在臺(tái)式顯微鏡上，這嚴(yán)重限制了模式動(dòng)物的自由生理狀態(tài)。為此需要打造自由行為動(dòng)物佩戴式顯微成像類研究工具。

※ 2017年，北京大學(xué)程和平院士團(tuán)隊(duì)成功研制第一代 2.2g微型化雙光子顯微鏡，獲取了小鼠在自由行為過(guò)程中大腦皮層神經(jīng)元和神經(jīng)突觸活動(dòng)的動(dòng)態(tài)圖像。
※ 2021年，該團(tuán)隊(duì)的第二代微型化雙光子顯微鏡將成像視野擴(kuò)大了 7.8 倍，同時(shí)具備獲取大腦皮層上千個(gè)神經(jīng)元功能信號(hào)的三維成像能力。
※2023年2月，北京大學(xué)程和平-王愛(ài)民團(tuán)隊(duì)再一次實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，將微型化探頭與三光子成像技術(shù)結(jié)合，并在 Nature Methods 發(fā)表文章 “Miniature three-photon microscopy maximized for scattered fluorescence collection  ”。文章報(bào)道了僅2.17g的微型化三光子顯微鏡，首次實(shí)現(xiàn)對(duì)自由行為小鼠的大腦全皮層和海馬神經(jīng)元功能成像，為揭示大腦深部結(jié)構(gòu)中的神經(jīng)機(jī)制開(kāi)啟了新的研究范式。   依托專業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)和深厚的技術(shù)積淀，SUPERNOVA-3000應(yīng)運(yùn)而生。SUPERNOVA-3000通過(guò)高度集成化、系統(tǒng)化、工業(yè)化設(shè)計(jì)將微型化探頭的重量控制在2.2g。搭配獨(dú)有的光學(xué)設(shè)計(jì)突破微型化顯微鏡的成像深度極限，在全球范圍內(nèi)開(kāi)創(chuàng)性構(gòu)建自由行為動(dòng)物深腦成像“新范式”。
 
Go deeper
利用五階非線性效應(yīng)以及穿透力更強(qiáng)的激發(fā)熒光（1300 nm），一舉突破此前微型化多光子顯微鏡的成像深度極限。  
顯微鏡激發(fā)光路可以穿透整個(gè)小鼠大腦皮層和胼胝體，實(shí)現(xiàn)對(duì)小鼠海馬CA1亞區(qū)形態(tài)及功能的直接觀測(cè)記錄。神經(jīng)元鈣信號(hào)最大成像深度可達(dá)1.2 mm，血管成像深度可達(dá)1.4 mm。
   
More Freedom
●2.2g新型微型化探頭
微型化探頭通過(guò)新型內(nèi)嵌阿貝聚光鏡復(fù)合式光學(xué)構(gòu)型，體積僅2 × 1.6 × 0.9 cm³，實(shí)現(xiàn)飛秒激光脈沖無(wú)畸變傳輸、高質(zhì)量激光匯聚、高效率熒光收集和激發(fā)。開(kāi)創(chuàng)性的將三光子光學(xué)組件高度集成在一個(gè)微型化探頭內(nèi)。同時(shí)外殼使用超輕金屬，重量?jī)H2.2g既輕盈又堅(jiān)固，搭配電動(dòng)變焦模塊、定制光纖、光屏蔽GaAsP PMT，保證了對(duì)自由運(yùn)動(dòng)小鼠深腦神經(jīng)活動(dòng)的高穩(wěn)定性、高分辨成像。
●激光傳導(dǎo)光纖--空芯光子帶隙光纖
系列光纖均具有準(zhǔn)單模傳輸、低損耗、低非線性、低色散、高激光器損傷閾值的特點(diǎn)。高效率傳輸1300 nm飛秒脈沖激光，將空間光路轉(zhuǎn)變?yōu)楣饫w傳輸，強(qiáng)抗彎折性能，使自由運(yùn)動(dòng)下觀察成為可能。
Less damage
●非侵入式手術(shù)
◆深腦成像避免使用GRIN Lens，對(duì)小鼠大腦損傷更小，避免影響小鼠正常神經(jīng)生理狀態(tài)
◆無(wú)GRIN Lens，成本更低
◆手術(shù)便捷，成功率更高 

●超低光毒性
散射熒光增強(qiáng)收集系統(tǒng)——深腦超低功率成像
SUPERNOVA-3000創(chuàng)新的使用微型阿貝聚光鏡與無(wú)限遠(yuǎn)物鏡密接提高散射光的收集效率，李斯特微型管鏡復(fù)用簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，優(yōu)化光路設(shè)計(jì)，提高熒光收集效率的同時(shí)，保證了大視場(chǎng)分辨率�？傮w上，散射熒光增強(qiáng)收集構(gòu)型使微型化顯微鏡的散射熒光收集效率實(shí)現(xiàn)了成倍的提升，實(shí)現(xiàn)了在超低成像功率下對(duì)自由運(yùn)動(dòng)小鼠大腦深部腦區(qū)神經(jīng)元活動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
基于散射熒光增強(qiáng)收集構(gòu)型，實(shí)現(xiàn)全皮層鈣信號(hào)成像僅需幾個(gè)毫瓦，海馬鈣信號(hào)成像僅需要幾十毫瓦，大大低于組織損傷的安全閾值。因此，SUPERNOVA-3000可以長(zhǎng)時(shí)間、不間斷連續(xù)觀測(cè)神經(jīng)元功能活動(dòng)，且不產(chǎn)生明顯的光漂白與光損傷。  
動(dòng)物自由運(yùn)動(dòng)成像
●行為學(xué)實(shí)驗(yàn)下的小鼠頂葉后皮質(zhì) L6（PPC L6）的神經(jīng)元鈣活動(dòng)（成像深度650 μm）
微型化三光子顯微鏡可以搭配不同行為學(xué)實(shí)驗(yàn)的深部腦區(qū)進(jìn)行單細(xì)胞級(jí)的穩(wěn)定高時(shí)空分辨率成像，滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)，結(jié)構(gòu)變化以及不同功能神經(jīng)元分類等實(shí)驗(yàn)需求。 ●長(zhǎng)時(shí)程監(jiān)測(cè)自由運(yùn)動(dòng)小鼠大腦海馬CA1亞區(qū)的神經(jīng)元鈣活動(dòng)（成像深度978 μm）