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我国科研团队突破光学分辨率光声显微镜成像瓶颈
2025年09月10日 09:29:29
来源：化工仪器网 作者：宋池 点击量：6010
中国科学院苏州医工所团队成功研制高灵敏度多光谱光学分辨率光声显微镜（MW-OR-PAM），通过自主研发多波长高速光源、高灵敏度共轴探头，并引入生物兼容染料柠檬黄增强信号，系统性解决了传统设备在红光成像深度、信号灵敏度及系统成本方面的关键技术瓶颈。
近日，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所张雅超研究员团队在光学分辨率光声显微镜(OR-PAM)技术上取得重要进展，成功研制出高灵敏度多光谱光学分辨率光声显微镜（MW-OR-PAM），系统性地解决了该技术在光源成本、红光信号灵敏度及声光耦合效率方面的长期挑战。相关研究成果已发表在光学领域国际知名期刊《Photonics Research》(中科院一区TOP)上，论文题为“Multi-wavelength photoacoustic microscopy enhanced by high-sensitivity probe and reversible tissue transparent molecules”。
光学分辨率光声显微镜是一种能够实现细胞级别、无标记活体成像的重要技术，但在进一步推广至更深、更快、更广谱成像应用时，仍面临三大瓶颈：高重频多波长激光光源成本高昂、在红光谱区血红蛋白吸收较弱导致成像信噪比和深度受限，以及声光耦合器难以兼顾高带宽与大数值孔径。
针对上述问题，研究团队提出了“光源—探头—对比增强”三位一体的系统化解决方案：
在光源方面，团队研制了基于受激拉曼散射（SRS）的多波长高速切换光纤激光源。该光源以一台532 nm纳秒激光器为基础，通过保偏光纤扩展出532–620 nm可调谐输出，波长切换时间小于1微秒，重复频率可达MHz，满足了高速活体成像的需求。这一设计以通用绿光泵浦替代多台专用激光器，大幅降低了系统成本。
在声光探头方面，新开发的高灵敏度探头采用P(VDF-TrFE)薄膜与光学透镜同轴集成设计，实现了光激发与声探测共轴，数值孔径达到0.67，带宽98.94%，光学透过率高达90%。该探头在保持高空间分辨率的同时显著提升了探测灵敏度和频谱响应能力。
在信号增强方面，团队引入生物相容性组织透明剂“柠檬黄”（Tartrazine），在大于600 nm波段实现可逆性组织透明化，有效增强了红光通道的穿透能力和信噪比，弥补了传统OR-PAM在长波光谱区域血氧定量方面的短板。
通过大量活体实验，团队验证了MW-OR-PAM在高分辨率血管结构成像、血氧饱和度定量分析及经颅脑成像等方面的优异性能。新系统具备从绿光到红光的宽谱段覆盖能力，可同时获取结构和功能信息；MHz级重频与亚微秒级波长切换为捕获血流、代谢和神经活动等高速动态过程提供了可能。
该项研究不仅解决了OR-PAM在红光波段成像深度与信噪比不足的问题，也通过集成化和低成本设计提升了系统的可靠性与转化潜力。未来，MW-OR-PAM平台有望在脑科学研究、肿瘤微环境分析、缺血再灌注过程监测、药物效果评估等领域提供更深、更快、更精准的多尺度功能成像工具，推动光声显微镜技术从实验室向临床前及产业化应用迈进。
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