遺傳學(xué)（Optogenetics），即結(jié)合遺傳工程與光來操作個別神經(jīng)細胞的活性，發(fā)現(xiàn)腦部如何產(chǎn)生γ波（gamma oscillations），并為它們在調(diào)控腦部功能中的角色提供新證據(jù)，這將有助于發(fā)展一系列腦相關(guān)失調(diào)的新療法。
光遺傳學(xué)融合了光學(xué)及遺傳學(xué)的技術(shù)，控制特定細胞在空間與時間上的活動。其時間上程度可達到厘秒，而空間上則能達到單一細胞大小。2010年光遺傳學(xué)被Nature Methods選為年度方法，同年被Science認為是近十年來的突破之一 。
光遺傳學(xué)是由斯坦福大學(xué)的研究人員開始用于研究小鼠大腦的，他們將這項技術(shù)稱之為Optogenetics（optical stimulation plus genetic engineering 光刺激基因工程/光遺傳學(xué)），這個技術(shù)的關(guān)鍵是：科學(xué)家們必須事前向小白鼠體內(nèi)注射一種植物基因，這種基因能夠?qū)Σ煌伾獾拇碳ぷ鞒雒舾械姆磻?yīng)，還能通過自生特性感染類似的細胞。
使用這些光遺傳學(xué)（optogenetic）工具，能夠激活清醒哺乳動物的單一神經(jīng)元，并直接演示神經(jīng)元激活表現(xiàn)出的行為結(jié)果。這一光遺傳學(xué)方法使得研究人員能夠獲得關(guān)于脊髓回路的一些重要信息。這種新技術(shù)可以推廣到所有類型的神經(jīng)細胞，比如大腦的嗅覺，視覺，觸覺，聽覺細胞等。光遺傳學(xué)開辟了一個新的讓人激動的研究領(lǐng)域，可以挑選出一種類型的細胞然后發(fā)現(xiàn)其功能。
當(dāng)然現(xiàn)在說用于人體實驗還為時尚早，但是已經(jīng)有一些研究成果已經(jīng)開始逐漸走向臨床應(yīng)用。 比如，斯坦福大學(xué)神經(jīng)病Amit Etkin正在努力促進有關(guān)嚙齒類動物焦慮癥研究成果的轉(zhuǎn)化，以利用現(xiàn)有工具改善人類相關(guān)疾病的治療。他采用的是經(jīng)顱磁刺激技術(shù)，希望能夠像激活小鼠大腦杏仁核區(qū)域的神經(jīng)回路從而減輕它們的焦慮癥狀那樣來激活人腦中類似的回路。雖然這種技術(shù)不如光遺傳學(xué)技術(shù)有針對性，但卻具有非侵入性的優(yōu)點。
無論如何，光遺傳學(xué)開辟了一個讓人激動的新研究領(lǐng)域，一些研究人員已經(jīng)開始設(shè)想，如果能夠克服生物醫(yī)學(xué)的挑戰(zhàn)，確保新基因安全地遞送到人體內(nèi)，基于光遺傳學(xué)的治療方法將直接應(yīng)用于人類。
座落于美國加州的Mightex公司，于2012年推出了世界上*款令人激動的多波長五維可調(diào)光源，可以用于光遺傳學(xué)領(lǐng)域。
1. In Vivo Optogenetics：對于活體光遺傳學(xué)來說，光纖耦合的LED光源可以把光導(dǎo)入到特定的神經(jīng)元上去，而不會對其他的神經(jīng)元造成干擾。進而，多波長的光纖耦合LED光源可以使得在不改變空間位置的前提下，不同波長的光通過同一根光纖耦合導(dǎo)入到神經(jīng)元上，讓科研實驗變得非常的方便。Mightex公司的FCS和WFC系列LED光源正是為此所專門設(shè)計。
2. In Vitro Optogenetics：對于體外光遺傳學(xué)來說，為了能夠刺激單個的神經(jīng)元，因此需要顯微鏡來達到一定程度上的空間分辨率，對于光源來說，需要在顯微鏡的視場中對不同神經(jīng)元的刺激進行的控制。Mightex公司的Polygon400 DSI多波長五維可調(diào)光源正是為此而設(shè)計。
Mightex公司的Polygon400光源內(nèi)嵌有非常*的光學(xué)系統(tǒng)，能夠把來自于LED的光傳遞到DLP平臺然后又通過顯微鏡到達樣品表面，這種系統(tǒng)化的設(shè)計可以使得在保持有限衍射圖像性能的前提下達到zui大的光強度。
同時，由于Optogenetics對于時間性能會有一定的要求，因此即便在超過4000fps的刷新率以及快速切換的LED情況下，Ploygon400仍然能夠以微秒的精度來對光源進行控制；同時，用戶可以從400-700nm的范圍內(nèi)zui多3個LED波長內(nèi)置于光源引擎中。
而以上的種種控制，都可以通過Ploygon400自帶的軟件很容易的完成并由用戶進行為便捷的控制，包含了時間特性，強度特性，波長特性，X以及Y軸的移動特性。
Polygon400性能規(guī)格
可用的LED波長和輸出功率
波長（nm） | 輸出功率（mW） | 靜態(tài)圖像模式 | 脈沖模式 | 400 | TBD | TBD | 470 | 8.0 | 15 | 530 | 2.2 | 4.5 | 590 | 1.5 | 3 | 617 | 7.0 | 14 | 630 | 7.0 | 14 |
|
控制和時間
參數(shù) | zui小 | zui大 | 單位 |
數(shù)位 | 1 | 8 | Bit |
曝光時間@1bit | 250 | - | μs |
幀頻@1bit | 4, 000 | - | 1/sec |
曝光時間@4bit | 1, 600 | - | μs |
幀頻@4bit | 625 | - | 1/sec |
曝光時間@8bit | 8,333 | - | μs |
幀頻@8bit | 120 | - | 1/sec |
輸入觸發(fā)器 | TTL / BNC |
輸入觸發(fā)延遲 | TBD | TBD | μs |
輸出觸發(fā)器 | TTL / BNC |
輸出觸發(fā)延遲 | TBD | TBD | μs |
如何選擇型號？
DSI- | x- | xxxx- | xxxx- | xxxx- | xxx |
I-內(nèi)置LED F-光纖或光導(dǎo)輸入 | 波長1 | 波長2 | 波長3 | 內(nèi)部 使用 |
參考型號價格
目前，這款Polygon400光源已經(jīng)為數(shù)不少的研究人員購買并正在使用。
除了上述提到的Polygon400光源，針對于光遺傳學(xué)應(yīng)用，Mightex公司還有價格比較低廉的單波長與多波長光纖耦合LED供選擇。
