基于數字微鏡器件的高時空分辨選擇性光刺激系統

唐詩瑤，閆軍帥，謝家俊，沈炳林，余文慧，李艷萍，胡睿，屈軍樂，劉麗煒

（深圳大學物理與光電工程學院，教育部/廣東省光電子器件與系統重點實驗室，廣東 深圳 518060）

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光是調控細胞活動的重要工具，相比電刺激［1，2］、藥物遞送［3］等傳統的微觀調控方法，光調控具有侵入性小、靶向性好以及易與多種成像手段結合的優點，目前已廣泛應用于生物醫學領域［4，5］。光刺激系統是進行光調控的重要工具，通過對光波進行調制以對目標區域實現穩定的光刺激［6］。為了能夠以細胞尺度對生命活動進行精準調控，科學家們發展了各種高分辨光刺激系統［7-10］。

BOYDEN ES 最初使用寬場照明的方式對神經元進行光刺激，但這種方式空間靶向性較差，只能對體外細胞進行大面積刺激［11］。隨后，ZHANG Feng 等開發了基于光纖的光刺激系統，并對開顱小鼠的神經元進行光刺激，將光遺傳拓展到了活體層面［12］，但由于光纖模式單一、位置固定，難以對特定區域的神經元進行選擇性刺激。為了能夠對特定區域的細胞進行精準的靶向刺激，科學家們結合不同掃描器件發展了多種高分辨空間選擇性光刺激系統。掃描振鏡能夠將分辨率僅受衍射限制的光斑對準視場范圍內的目標區域，結合其進行光刺激具有光利用率高以及空間分辨率高的優勢，但由于其掃描方式固定，無法對更加復雜的單個或多個感興趣區域（Region of interest，ROI）進行選擇性光刺激。利用數字微鏡器件（Digital Micromirror Device，DMD）進行投影式光刺激（即掃描面和DMD 共軛）能夠實現更為復雜的選擇性光刺激，DMD 由上百萬個可獨立控制的微反射鏡組成，單個反射鏡僅具有“開”“關”兩種模式，打開微鏡的數量與其在陣列中位置決定了光刺激圖案在視場內的大小與位置［13-15］。……