我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)突破光學(xué)分辨率光聲顯微鏡成像瓶頸

2025-09-15 11:40:30化工儀器網(wǎng)閱讀量：15309      我要評(píng)論

　　近日，中國(guó)科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所張雅超研究員團(tuán)隊(duì)在光學(xué)分辨率光聲顯微鏡(OR-PAM)技術(shù)上取得重要進(jìn)展，成功研制出高靈敏度多光譜光學(xué)分辨率光聲顯微鏡（MW-OR-PAM），系統(tǒng)性地解決了該技術(shù)在光源成本、紅光信號(hào)靈敏度及聲光耦合效率方面的長(zhǎng)期挑戰(zhàn)。相關(guān)研究成果已發(fā)表在光學(xué)領(lǐng)域國(guó)際知名期刊《Photonics Research》(中科院一區(qū)TOP)上，論文題為“Multi-wavelength photoacoustic microscopy enhanced by high-sensitivity probe and reversible tissue transparent molecules”。

　　光學(xué)分辨率光聲顯微鏡是一種能夠?qū)崿F(xiàn)細(xì)胞級(jí)別、無(wú)標(biāo)記活體成像的重要技術(shù)，但在進(jìn)一步推廣至更深、更快、更廣譜成像應(yīng)用時(shí)，仍面臨三大瓶頸：高重頻多波長(zhǎng)激光光源成本高昂、在紅光譜區(qū)血紅蛋白吸收較弱導(dǎo)致成像信噪比和深度受限，以及聲光耦合器難以兼顧高帶寬與大數(shù)值孔徑。

　　針對(duì)上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)提出了“光源—探頭—對(duì)比增強(qiáng)”三位一體的系統(tǒng)化解決方案：

　　在光源方面，團(tuán)隊(duì)研制了基于受激拉曼散射（SRS）的多波長(zhǎng)高速切換光纖激光源。該光源以一臺(tái)532 nm納秒激光器為基礎(chǔ)，通過(guò)保偏光纖擴(kuò)展出532–620 nm可調(diào)諧輸出，波長(zhǎng)切換時(shí)間小于1微秒，重復(fù)頻率可達(dá)MHz，滿足了高速活體成像的需求。這一設(shè)計(jì)以通用綠光泵浦替代多臺(tái)專用激光器，大幅降低了系統(tǒng)成本。

　　在聲光探頭方面，新開發(fā)的高靈敏度探頭采用P(VDF-TrFE)薄膜與光學(xué)透鏡同軸集成設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了光激發(fā)與聲探測(cè)共軸，數(shù)值孔徑達(dá)到0.67，帶寬98.94%，光學(xué)透過(guò)率高達(dá)90%。該探頭在保持高空間分辨率的同時(shí)顯著提升了探測(cè)靈敏度和頻譜響應(yīng)能力。

　　在信號(hào)增強(qiáng)方面，團(tuán)隊(duì)引入生物相容性組織透明劑“檸檬黃”（Tartrazine），在大于600 nm波段實(shí)現(xiàn)可逆性組織透明化，有效增強(qiáng)了紅光通道的穿透能力和信噪比，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)OR-PAM在長(zhǎng)波光譜區(qū)域血氧定量方面的短板。

　　通過(guò)大量活體實(shí)驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證了MW-OR-PAM在高分辨率血管結(jié)構(gòu)成像、血氧飽和度定量分析及經(jīng)顱腦成像等方面的優(yōu)異性能。新系統(tǒng)具備從綠光到紅光的寬譜段覆蓋能力，可同時(shí)獲取結(jié)構(gòu)和功能信息；MHz級(jí)重頻與亞微秒級(jí)波長(zhǎng)切換為捕獲血流、代謝和神經(jīng)活動(dòng)等高速動(dòng)態(tài)過(guò)程提供了可能。

　　該項(xiàng)研究不僅解決了OR-PAM在紅光波段成像深度與信噪比不足的問(wèn)題，也通過(guò)集成化和低成本設(shè)計(jì)提升了系統(tǒng)的可靠性與轉(zhuǎn)化潛力。未來(lái)，MW-OR-PAM平臺(tái)有望在腦科學(xué)研究、腫瘤微環(huán)境分析、缺血再灌注過(guò)程監(jiān)測(cè)、藥物效果評(píng)估等領(lǐng)域提供更深、更快、更精準(zhǔn)的多尺度功能成像工具，推動(dòng)光聲顯微鏡技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室向臨床前及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用邁進(jìn)。

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