利用超导纳米线单光子探测器阵列实现深层小鼠脑双光子近红外荧光成像

双光子显微镜 (2PM) 已成为生物学中研究活体完整组织结构与功能的重要工具。然而，成年哺乳动物组织（如小鼠大脑）具有高度散射性，从而对可实现的成像深度施加了根本性限制，该深度通常位于 600-800 um 左右。原则上，将激发光以及（荧光）发射光均移至短波近红外 (SWIR, 1000-1700 nm) 区域有望在 2PM 中实现更深的成像，但由于该波长区域内探测器和探针的可用性有限，过去一直颇具挑战性。为克服这些限制并充分利用 SWIR 区域，本研究引入了一种新型超导纳米线单光子探测器 (SNSPD) 阵列及其配套的定制探测电子学系统，用于近红外 2PM。该 SNSPD 阵列在宽波长范围内展现出高效率、大动态范围以及低暗计数率。此外，其电子学和软件允许无缝集成到典型的 2PM 系统中。结合一种在 1105 nm 处发射的荧光染料，我们报告了在活体小鼠大脑中超过 1.1 mm 的成像深度，该深度仅受限于可用的标记密度和激光功率。我们的工作进一步确立了 SWIR 2PM 方法和 SNSPD 作为深层组织生物成像的潜力技术。