中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所張雅超研究員團隊在光學成像領域取得突破性進展,其研發的高靈敏度多光譜光學分辨率光聲顯微鏡(MW-OR-PAM)成功攻克了該技術長期存在的成本、靈敏度及耦合效率三大難題。相關成果已發表于國際頂級光學期刊《Photonics Research》,論文重點介紹了通過"光源-探頭-對比增強"三位一體方案實現的系統性創新。
傳統光學分辨率光聲顯微鏡(OR-PAM)在實現細胞級無標記活體成像時,面臨高重頻多波長激光器成本高昂、紅光區血紅蛋白吸收弱導致成像深度受限,以及聲光耦合器難以兼顧高帶寬與大數值孔徑的技術瓶頸。研究團隊創新性地采用受激拉曼散射(SRS)技術,開發出基于單臺532nm納秒激光器的多波長高速切換光纖光源。該系統通過保偏光纖實現532-620nm可調諧輸出,波長切換時間低于1微秒,重復頻率達MHz級別,在保證成像速度的同時將設備成本降低70%以上。
在探測端,團隊設計的新型聲光探頭采用P(VDF-TrFE)壓電薄膜與光學透鏡同軸集成結構,數值孔徑提升至0.67,帶寬達98.94%,光學透過率超過90%。這種共軸設計使光激發與聲探測路徑完全重合,在保持0.8μm空間分辨率的前提下,將探測靈敏度提高3倍,頻譜響應范圍擴展至620nm以上。針對紅光區信號衰減問題,研究引入生物相容性組織透明劑"檸檬黃",通過可逆性組織透明化技術,使600nm以上波段穿透深度增加1.5倍,血氧定量信噪比提升40%。
實驗驗證表明,MW-OR-PAM系統可實現從綠光到紅光的全譜段覆蓋,在活體血管成像、血氧飽和度分析及經顱腦成像中表現出色。MHz級重復頻率與亞微秒級波長切換能力,使其能夠捕捉血流動力學、細胞代謝等毫秒級動態過程。該技術突破不僅解決了傳統OR-PAM在長波區成像的短板,其模塊化設計和低成本特性更顯著提升了臨床轉化潛力。
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