1. 亮點(diǎn)功能一：PuClear透明化技術(shù)

PuClear透明化技術(shù)特點(diǎn)：

1.       共價(jià)固定結(jié)構(gòu)： PuClear透明化技術(shù)采用共價(jià)鍵固定結(jié)構(gòu)的方式，將腦片內(nèi)的蛋白質(zhì)、核酸等結(jié)構(gòu)與水凝膠框架結(jié)合在一起。

2.       原位結(jié)構(gòu)保留： PuClear技術(shù)在透明化處理過(guò)程中，腦片內(nèi)的結(jié)構(gòu)保持在原位，不會(huì)發(fā)生移動(dòng)或失真。

3.       光學(xué)性能改善： PuClear透明化處理后，光線通過(guò)組織時(shí)不會(huì)發(fā)生偏折，可以實(shí)現(xiàn)清晰、均勻的三維成像。相比之下，傳統(tǒng)的透明化處理方法可能會(huì)導(dǎo)致光線的散射或折射，影響成像質(zhì)量。

4.       成像范圍擴(kuò)大： PuClear技術(shù)可以處理較厚的組織樣本（如腦片），使得成像范圍擴(kuò)大到了300μm厚度范圍內(nèi)。傳統(tǒng)的透明化處理方法可能對(duì)較厚的組織樣本效果不佳，成像范圍受到限制。

2. 亮點(diǎn)功能二：VISoR高通量三維成像

多維同步飛掃熒光顯微成像（VISoR）技術(shù)是一項(xiàng)新型快速三維微米分辨成像技術(shù)。它結(jié)合了腦組織透明化、同步掃描成像和三維重構(gòu)技術(shù)，能夠以很高的分辨率在短時(shí)間內(nèi)完成小鼠全腦突觸級(jí)別的解析。該技術(shù)的主要特點(diǎn)包括：

1.       同步掃描實(shí)現(xiàn)連續(xù)清晰成像： 通過(guò)同步掃描，實(shí)現(xiàn)了在樣品運(yùn)動(dòng)中連續(xù)清晰成像，大大提高了成像速度，達(dá)到了數(shù)百倍于傳統(tǒng)成像技術(shù)的速度。

2.       快速成像速度： 在1.5小時(shí)內(nèi)即可完成對(duì)小鼠全腦的成像，每個(gè)體素的分辨率為0.5×0.5×2.5 μm3，生成的原始數(shù)據(jù)圖像約為16TB。

3.       多通道成像： 適用于不同大小的樣品，可以進(jìn)行多通道成像，包括小鼠腦等組織樣品，具有廣泛的應(yīng)用前景。

4.       兼容各種標(biāo)記方法，可擴(kuò)展至超大樣品： 該技術(shù)兼容各種標(biāo)記方法，可用于不同類型的樣品，甚至可以擴(kuò)展至超大樣品的成像。

3. 亮點(diǎn)功能三：PB級(jí)圖像大數(shù)據(jù)分析

我們通過(guò)搭建的高性能計(jì)算集群，以及自主開(kāi)發(fā)的算法和軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)PB級(jí)圖像大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理和多種分析，包括圖像拼接、三維重構(gòu)、圖譜配準(zhǔn)和神經(jīng)元形態(tài)重建等。

而PB級(jí)圖像大數(shù)據(jù)分析（Petabyte-scale image data analysis）具有以下特點(diǎn)：

1.       處理規(guī)模龐大： PB級(jí)圖像大數(shù)據(jù)意味著數(shù)據(jù)量非常龐大，需要處理的圖像數(shù)量可達(dá)到百萬(wàn)級(jí)甚至更多。這種大規(guī)模數(shù)據(jù)需要使用高效的計(jì)算和存儲(chǔ)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行處理和管理。

2.       高維度數(shù)據(jù)： 圖像數(shù)據(jù)通常是高維度的，每個(gè)像素可能包含多個(gè)維度的信息，因此，對(duì)于PB級(jí)圖像大數(shù)據(jù)的分析需要考慮到數(shù)據(jù)的多維特性。

3.       計(jì)算密集型： 對(duì)PB級(jí)圖像大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析通常需要進(jìn)行大量的計(jì)算，例如圖像處理、特征提取、模式識(shí)別等。這些計(jì)算通常是密集型的，并且需要使用高性能的計(jì)算資源來(lái)進(jìn)行處理。

4.       存儲(chǔ)需求高： PB級(jí)圖像大數(shù)據(jù)需要大規(guī)模的存儲(chǔ)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行管理和存儲(chǔ)。這些存儲(chǔ)系統(tǒng)需要具有高容量、高可靠性和高吞吐量的特點(diǎn)，以滿足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和訪問(wèn)的需求。

三、技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1. 透明化技術(shù)

PuClear透明化方法的優(yōu)勢(shì)：

a.      基于水凝膠包埋：

PuClear方法是基于水凝膠包埋的透明化方法，利用了水凝膠作為支撐基質(zhì)。

b.      透明化厚度和清晰度：

PuClear方法適用于300μm厚度范圍內(nèi)的生物組織的透明化，可以實(shí)現(xiàn)均勻、清晰的三維成像。

c.      操作簡(jiǎn)便性：

PuClear方法不需要進(jìn)行復(fù)雜的電泳步驟，操作更加簡(jiǎn)便。

2. VISoR技術(shù)

VISoR技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

a.      超高速高分辨率成像： VISoR能夠?qū)崿F(xiàn)超越相機(jī)限制的高分辨率成像，并且成像速度非?？?，為研究提供了高效的工具。

b.      樣品準(zhǔn)備時(shí)間短，不受尺寸限制： 相對(duì)于其他成像技術(shù)，VISoR所需的樣品準(zhǔn)備時(shí)間相對(duì)較短，并且不受原始樣本尺寸的限制，這降低了實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的復(fù)雜性。

c.      兼容免疫染色或原位熒光雜交技術(shù)： VISoR技術(shù)兼容免疫染色或原位熒光雜交技術(shù)，使得研究人員可以結(jié)合多種標(biāo)記方法進(jìn)行研究。

d.      成像范圍可擴(kuò)展： VISoR成像范圍只受限于用來(lái)移動(dòng)樣本的位移臺(tái)行程，具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性，可以適用于不同尺寸的樣品。

3. 數(shù)據(jù)分析技術(shù)

a.       圖像拼接（Image Stitching）：

將多個(gè)局部圖像拼接成一個(gè)全局圖像，以獲得更廣闊的視野或更高的分辨率。提高了圖像的信息量和可視化效果，有助于更全面地理解樣本的結(jié)構(gòu)和特征。

b.       三維重構(gòu)（3D Reconstruction）：

三維重構(gòu)數(shù)據(jù)處理是現(xiàn)代科技中的一個(gè)重要領(lǐng)域，它能夠?qū)⒍S圖像或點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三維模型。三維重構(gòu)提供了樣本的立體視圖，可以更全面地展示樣本的空間結(jié)構(gòu)和組織特征，有助于深入理解樣本的解剖和功能。

c.       圖譜配準(zhǔn)（Atlas Registration）：

將多個(gè)樣本的圖像或數(shù)據(jù)配準(zhǔn)到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的空間圖譜上，以實(shí)現(xiàn)不同樣本之間的比較和分析。使得不同樣本之間的結(jié)構(gòu)和功能變得可比較，有助于發(fā)現(xiàn)和理解不同樣本之間的差異和共性，以及不同區(qū)域之間的關(guān)聯(lián)性。

d.       神經(jīng)元形態(tài)重建（Neuron Morphology Reconstruction）：

根據(jù)神經(jīng)元在圖像中的形態(tài)特征，通過(guò)圖像處理和分析方法重建出神經(jīng)元的形態(tài)結(jié)構(gòu)成為科學(xué)家聚焦的重點(diǎn)。神經(jīng)元形態(tài)重建提供了神經(jīng)元的形態(tài)信息，包括樹(shù)突、軸突和突觸等結(jié)構(gòu)的形態(tài)和連接方式，有助于理解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的組織和功能。

這些圖像處理和分析任務(wù)在神經(jīng)科學(xué)研究中具有重要意義，通過(guò)對(duì)大量圖像數(shù)據(jù)的處理和分析，可以深入探究神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，揭示其內(nèi)在的規(guī)律和機(jī)制。

四、產(chǎn)品

鼠腦快速成像服務(wù)：

為客戶提供的鼠腦進(jìn)行包括組織透明化以及切片在內(nèi)的一系列制備過(guò)程，并進(jìn)行VISoR三維熒光成像。最終交付給客戶的結(jié)果為所有腦片的投影圖。后續(xù)根據(jù)客戶的需要，還可通過(guò)我們搭建的高性能計(jì)算集群，以及自主開(kāi)發(fā)的算法和軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)PB級(jí)圖像大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理和多種分析，包括圖像拼接、三維重構(gòu)、圖譜配準(zhǔn)和神經(jīng)元形態(tài)重建等。

支持的標(biāo)記方法：      轉(zhuǎn)基因標(biāo)記、病毒示蹤、CTb示蹤、細(xì)胞核（DAPI）染色、免疫熒光染色、Nissl染色等

全流程耗時(shí) 10天

制備流程：

1. 注射病毒

支持轉(zhuǎn)基因標(biāo)記、病毒示蹤、CTb示蹤、細(xì)胞核 (DAPI) 染色、免疫熒光染色、Nissl染色等多種標(biāo)記方法。

2. 取腦寄送

將灌流后的鼠腦樣本寄送給我們。

3. 固定包埋

包埋在水凝膠中，固定樣品形態(tài)，不易發(fā)生形變。

4. 切成厚片

使用振動(dòng)切片機(jī)將包埋好的鼠腦切成300微米的厚片。

5. 貼片

將切好的40-50片鼠腦切片貼在特制的玻片上，準(zhǔn)備進(jìn)行透明化處理

6. 組織透明化

使用PuClear方法進(jìn)行組織透明化處理。如需小分子或抗體標(biāo)記，在透明化后進(jìn)行。

7. VISoR成像

使用VISoR顯微鏡在半小時(shí)內(nèi)以1×1×2.5 μm3 的分辨率，或在兩小時(shí)內(nèi)以0.5×0.5×2.5 μm3 的分辨率，完成完整鼠腦的三維熒光成像。

8. 二維重構(gòu)

生成這些腦片的投影圖，可快速評(píng)估樣品研究?jī)r(jià)值。

9. 更多分析

三維重構(gòu)、細(xì)胞計(jì)數(shù)、神經(jīng)元形態(tài)重建等。