IT之家 7 月(yue) 15 日消息，中國科學(xue)院上海光學(xue)精密機械(xie)研(yan)(yan)究所(suo)楊帆研(yan)(yan)究員牽(qian)頭成(cheng)功研(yan)(yan)制了國際首(shou)臺高(gao)時空分辨受激布里淵顯微鏡。

布(bu)里淵顯微鏡是一種新興(xing)的全光學(xue)(xue)、非接觸、三維(wei)力(li)學(xue)(xue)成(cheng)像(xiang)技術(shu)并具有(you)高(gao)空間分辨(bian)率，其通(tong)過分析受激布(bu)里淵散射信(xin)號中頻移和譜寬信(xin)息，可分別表征樣品的彈性模量與(yu)粘性，在生物力(li)學(xue)(xue)、腫瘤學(xue)(xue)、眼科(ke)學(xue)(xue)等領域展現出巨大潛力(li)。然而(er)，由于信(xin)號極(ji)弱與(yu)系統限(xian)制，傳(chuan)統布(bu)里淵成(cheng)像(xiang)速度慢、光譜分辨(bian)率有(you)限(xian)，難以滿足活體成(cheng)像(xiang)與(yu)動態(tai)過程監測需求。

為了進一步提升(sheng)成像速(su)度，研(yan)究團(tuan)(tuan)隊(dui)研(yan)制(zhi)了一套創新型(xing)脈沖(chong)激光系(xi)統：先通過(guo)主(zhu)振蕩(dang)器(qi)-功率放(fang)大器(qi)結構，在 1560 nm 波(bo)段產(chan)生納(na)秒(miao)級激光脈沖(chong)，再經(jing)二次諧波(bo)轉換獲得 780 nm 脈沖(chong)光。此外(wai)，團(tuan)(tuan)隊(dui)還研(yan)制(zhi)了一套自平衡探測(ce)系(xi)統實現(xian)(xian) 31.3 dB 的噪聲抑制(zhi)。該系(xi)統在 30mW 平均功率下，實現(xian)(xian)了每(mei)像素僅 200 微秒(miao)的成像速(su)度，領先于現(xian)(xian)有技術(shu)水平。

研究團隊搭建了脈沖激(ji)光 SBS 顯微(wei)鏡（PL-SBS），將泵(beng)浦光與探測(ce)光聚焦到樣品(pin)同一(yi)位(wei)置，通(tong)過(guo)掃(sao)描樣品(pin)實現三維(wei)成像，系統測(ce)量空間分辨(bian)率(lv)達到 0.49×0.49×2.1 μm3。

借助這一顯微(wei)(wei)鏡，研究團隊使用蒸餾(liu)水(shui)作(zuo)為(wei)測(ce)試樣(yang)品，在(zai)(zai)每像素(su)駐留時(shi)(shi)(shi)間(jian) 200 微(wei)(wei)秒、平均(jun)光功率僅 30 mW 的條件下，獲得了 7.7 MHz 的頻移精(jing)度。相比之下，QCW-SBS 系統在(zai)(zai)相同光功率下需 20 毫(hao)秒駐留時(shi)(shi)(shi)間(jian)才能(neng)達到類似水(shui)平，因此研究團隊將成(cheng)像速度提升了兩個數(shu)量級，首(shou)次在(zai)(zai)國(guo)際(ji)上實(shi)現了亞毫(hao)秒時(shi)(shi)(shi)間(jian)分(fen)(fen)辨(bian)與亞微(wei)(wei)米空間(jian)分(fen)(fen)辨(bian)的三維力學成(cheng)像，為(wei)生命科(ke)學中的力學研究提供了重(zhong)要工具(ju)。

為了驗證(zheng) PL-SBS 在(zai)生(sheng)物力學(xue)成(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)中的(de)(de)實(shi)際性能，研(yan)究團(tuan)隊首先對多種(zhong)細(xi)胞(bao)系進行(xing)成(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)，包括 HeLa 細(xi)胞(bao)不同 z 層(ceng)面上的(de)(de)布里(li)淵頻移(yi)、譜寬和增益圖像(xiang)(xiang)，圖像(xiang)(xiang)質量高、細(xi)節清晰。值得注(zhu)意的(de)(de)是，核仁區(qu)域相較于核質區(qu)域，表現出更高的(de)(de)布里(li)淵頻移(yi)和譜寬，且布里(li)淵增益更低，反映(ying)出明顯的(de)(de)亞細(xi)胞(bao)結構力學(xue)差異。每(mei)幅(fu) 2000×220 像(xiang)(xiang)素(su)的(de)(de)圖像(xiang)(xiang)僅需 88 秒(miao)即可獲(huo)取(qu)，成(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)速度顯著提(ti)升。

研究(jiu)團隊進一(yi)步將系(xi)統應用于(yu)斑(ban)馬魚卵泡成像。成像結果首次揭(jie)示：卵母細胞(bao)(bao)中(zhong)的(de) Balbiani 小體（一(yi)種無膜亞細胞(bao)(bao)結構）表(biao)現出(chu)顯著(zhu)更高(gao)的(de)布里淵頻移，提(ti)示其剛度高(gao)于(yu)周圍區域。這一(yi)發現凸顯了 PL-SBS 系(xi)統在亞細胞(bao)(bao)尺度上的(de)高(gao)空間分辨率和力學靈敏度。

這項(xiang)研(yan)究(jiu)突破了傳統(tong) SBS 顯(xian)微鏡成像速度(du)與(yu)靈敏度(du)的技術瓶頸，在多個生物(wu)模型中展現出顯(xian)著性(xing)能優勢。該系統(tong)有望成為揭(jie)示生命力學(xue)機制、探索(suo)疾病發生與(yu)發育動(dong)(dong)態的全新工具，推動(dong)(dong)布里淵顯(xian)微技術向更廣泛的基礎(chu)研(yan)究(jiu)與(yu)臨床應用場景(jing)拓展。

IT之家查詢發現，相關成果已于 7 月 10 日發表在國際學術期刊《自然?光子學》上，論文地址：

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