Facebook    RSSRss 訂閱    列印此頁 列印
二零一八年六月十三日

推動智慧城市系列
中大工程學院研發數碼全息掃描器
追蹤神經細胞活動 揭疾病成因



香港中文大學(中大)工程學院機械與自動化工程學系副教授陳世祈教授及其團隊,最近成功將三維全息影像技術引入雷射顯微鏡,研發出首台「數碼全息雙光子激發」(Digital Holography-based Two-Photon Excitation,簡稱DH-TPE)顯微鏡。它能夠以超高速拍攝活體神經細胞的三維成像,以此紀錄神經細胞之間的互動,對科學家研究青光眼等視覺神經疾病的成因尤有貢獻。 

陳教授的研究團隊正與中大醫學院眼科及視覺科學學系梁啟信教授的團隊在香港眼科醫院合作進行實驗,透過掃描活體動物的視覺神經細胞,進一步了解神經系統退化的原因,以科技推動智慧城市醫療質素。

三維成像紀錄細胞之間活動 助研究青光眼發病機制

科學家對神經細胞的結構和網絡,以及細胞之間信號傳遞的模式一直所知不多。主要原因是傳統顯微鏡不能解析活體組織中複雜的細胞網絡,亦不能詳細紀錄神經細胞群對外界刺激的反應,窒礙相關醫學研究。為打破限制,陳世祈教授及其團隊花了近四年時間,開發出低成本的精密數碼全息雷射掃描器,結合雙光子激發技術,製作全新雷射顯微鏡。與最尖端的商用TPE顯微鏡相比,DH-TPE顯微鏡提供了一套獨特、創新的成像功能,包括(1)隨機存取成像(2)多平面成像(3)三維可編程成像平面(4)波前校正(5)同步高速成像及多點光學刺激。 

掃描器的核心元件「數碼微鏡陣列」,是一顆包含了數百萬個微小反射鏡的光控制裝置,常用於一般投影機。其千變萬化的微鏡組合(即Binary Holograms二值全息圖)可將顯微鏡發出的雷射同時聚焦在最多20個目標,並能以每秒逾2萬2千的超高幀率,拍下細胞實時螢光成像和同步多點光學刺激,詳細記錄細胞之間的活動情況。此外,雷射可穿透活體組織近一毫米,例如掃瞄眼底等形狀不規則的細胞,追蹤和紀錄細胞遷移,例如血液細胞進出淋巴結和視網膜等,以至流動過程中細胞之間的互動情況。 

陳教授的團隊獲得香港政府創新科技署資助,正與中大醫學院眼科及視覺科學學系和香港眼科醫院合作,將新技術應用在青光眼的研究中。其中一個方向是通過在活體内雙光子影像,分析視網膜神經節細胞的代謝功能失常來研究青光眼發病機制。 

青光眼是全球導致不可逆轉失明的主要原因。青光眼患者視網膜上的視覺神經細胞受損,導致視力下降和視野縮窄。視覺神經受損後,視網膜神經節細胞中一種名為烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)的輔助因子會減少,透過測量NADH的螢光强度,能夠了解視網膜神經節細胞的代謝功能失常程度。 

DH-TPE顯微鏡的獨特設計允許針對性的波前校正,通過非入侵性及無需標記的視網膜影像,分析視網膜神經節細胞代謝功能失常,有助研究青光眼和非青光眼性視覺神經病患者的神經保護,以及神經再生的治療方法。 

DH-TPE顯微鏡適用於活體研究,研究員可長時間跟進同一實驗動物的細胞活動,用以比較前後的變化,更準確地找出病因。研究團隊成員張大鵬博士表示:「數碼全息雷射掃描器可應用於各類型的病症研究,例如因大腦皮質神經細胞活動過度或異常引發的癲癇症,以及人體重要的免疫器官淋巴結的相關症狀等,技術對發掘疾病成因有莫大的貢獻。」 

對於數碼全息掃描器的普及發展,張大鵬博士表示非常樂觀,主要原因是半導體發展成熟,掃描器組件材料價格低廉;此外,掃描器體積輕薄如一張流動電話SIM卡,應用靈活,配合特製鏡頭,方便研究人員調節觀察角度,相比傳統顯微鏡的彈性較高、應用面更廣,突破研究局限。

有關中大工程學院「推動智慧城市」系列

中大在人工智慧及深度學習方面的研究領先全球,曾先後在人臉識別和視覺識別的國際挑戰賽中名列前茅;中大多媒體實驗室被譽為「人工智慧研究先鋒」,與美國加州大學柏克萊分校、麻省理工學院、史丹福大學及牛津大學等齊名,是亞洲唯一獲此美譽的高等學府。工程學院下設的資訊工程學系、電子工程學系、系統工程與工程管理學系及計算機科學與工程學系多個研究團隊,均致力開發人工智慧及深度學習在智慧生活、智慧出行和智慧環境等方面的應用,致力把香港構建為一個世界級的智慧城市。未來,中大將推出更多利用人工智慧改善人類生活質素的創新項目,並陸續於「推動智慧城市」系列中與公眾分享。

有關香港中文大學

香港中文大學 (中大) 成立於1963年,為一所享譽國際的研究型綜合大學。中大位處於亞洲的中心地帶,一直秉持「結合傳統與現代,融會中國與西方」之使命。中大合共有九所書院,它們與大學相輔相成,提供以學生為本的全人教育和關顧輔導,加強師生間的交流和互動。大學設有文學院、工商管理學院、教育學院、工程學院、法律學院、醫學院、理學院及社會科學院,連同研究院,共開設超過300個本科及研究生課程。中大各學院積極參與廣泛的研究領域,設有多個研究所及研究中心,於優質的跨學科研究中各有專精。 

中大在今年的「路透社:亞太區最具創新力大學」(Reuters: Asia Pacific region’s most innovative universities)排名中,再次在香港區位列榜首,整體排名第22位。中大一直致力推動創新科技,目前在全球各地有超過800個獲授權的專利項目,部份已經與業界達成合作協議,把創新科技引入市場。單在2016-17年度,中大已申請了223個專利,以及有132項專利獲審批授權,涉及醫療科技、生物科技、信息科技、電訊及材料科學等領域。

工程學院陳世祈教授(右)和醫學院梁啟信教授(左)合作,利用全新的數碼全息雙光子激發顯微鏡,掃描活體動物的視覺神經細胞,以探索視覺神經退化的原因。
工程學院陳世祈教授(右)和醫學院梁啟信教授(左)合作,利用全新的數碼全息雙光子激發顯微鏡,掃描活體動物的視覺神經細胞,以探索視覺神經退化的原因。

陳世祈教授(右三)的研發團隊。
陳世祈教授(右三)的研發團隊。

數碼全息雙光子激發顯微鏡採用「數碼微鏡陣列」作為核心元件,能夠超高速拍攝細胞的三維全息螢光成像,紀錄神經細胞之間的互動。
數碼全息雙光子激發顯微鏡採用「數碼微鏡陣列」作為核心元件,能夠超高速拍攝細胞的三維全息螢光成像,紀錄神經細胞之間的互動。

搜尋新聞稿

是日活動


二零一九年二月二十一日
二零一九年二月二十二日
二零一九年二月二十二日
二零一八年九月三十日 -
二零一九年二月二十四日
二零一八年十一月十五日 -
二零一九年四月三十日
二零一九年一月二十六日 -
二零一九年五月五日
二零一九年一月二十六日 -
二零一九年五月五日
二零一八年九月十五日 -
二零一九年五月三十一日