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近日，中國科學(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隊在光學(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、紅光信號靈敏度及聲光耦合效率方面的長期挑戰(zhàn)。相關(guān)研究成果已發(fā)表在光學(xué)領(lǐng)域國際知名期刊《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)胞級別、無標(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，仍面臨三大瓶頸：高重頻多波長激光光源成本高昂、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。
針對上述問題，研究團隊提出了“光源—探頭—對比增強”三位一體的系統(tǒng)化解決方案：
在光源方面，團隊研制了基于受激拉曼散射（SRS）的多波長高速切換光纖激光源。該光源以一臺532 nm納秒激光器為基礎(chǔ)，通過保偏光纖擴展出532–620 nm可調(diào)諧輸出，波長切換時間小于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)計以通用綠光泵浦替代多臺專用激光器，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，實現(xiàn)了光激發(fā)與聲探測共軸，數(shù)值孔徑達(dá)到0.67，帶寬98.94%，光學(xué)透過率高達(dá)90%。該探頭在保持高空間分辨率的同時顯著提升了探測靈敏度和頻譜響應(yīng)能力。
在信號增強方面，團隊引入生物相容性組織透明劑“檸檬黃”（Tartrazine），在大于600 nm波段實現(xiàn)可逆性組織透明化，有效增強了紅光通道的穿透能力和信噪比，彌補了傳統(tǒng)OR-PAM在長波光譜區(qū)域血氧定量方面的短板。
通過大量活體實驗，團隊驗證了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，可同時獲取結(jié)構(gòu)和功能信息；MHz級重頻與亞微秒級波長切換為捕獲血流、代謝和神經(jīng)活動等高速動態(tài)過程提供了可能。
該項研究不僅解決了OR-PAM在紅光波段成像深度與信噪比不足的問題，也通過集成化和低成本設(shè)計提升了系統(tǒng)的可靠性與轉(zhuǎn)化潛力。未來，MW-OR-PAM平臺有望在腦科學(xué)研究、腫瘤微環(huán)境分析、缺血再灌注過程監(jiān)測、藥物效果評估等領(lǐng)域提供更深、更快、更精準(zhǔn)的多尺度功能成像工具，推動光聲顯微鏡技術(shù)從實驗室向臨床前及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用邁進(jìn)。
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