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2023-04-13 12:52 |
用于脂質(zhì)成像的光聲遙感顯微鏡
光聲成像是一種尖端技術(shù)，它使用光和聲音來(lái)創(chuàng)建身體內(nèi)部的圖像。當(dāng)脈沖激光照射生物組織表面時(shí)，部分光子能量被組織吸收產(chǎn)生熱量。熱量的增加導(dǎo)致組織的熱彈性膨脹，以超聲波的形式釋放能量。通過(guò)掃描樣本并收集相應(yīng)的光聲信號(hào)，研究人員能夠重建生物組織的 2D 或 3D 圖像。 8u:v:>D.'
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通常，超聲換能器收集光聲信號(hào)。但由于聲波在空氣中會(huì)衰減，通常需要在組織樣本和換能器之間加入水或超聲凝膠，以保證信號(hào)檢測(cè)的靈敏度。這種物理接觸或浸泡可能對(duì)生物樣品產(chǎn)生重大影響，極大地限制了傳統(tǒng)光聲成像在許多實(shí)際場(chǎng)景中的適用性。另一方面，由于超聲換能器先天的結(jié)構(gòu)和材料特性，其中心響應(yīng)頻率和檢測(cè)帶寬受到限制，這可能會(huì)降低系統(tǒng)在寬帶信號(hào)檢測(cè)方面的靈敏度。考慮到這些限制，傳統(tǒng)的光聲成像需要更新以進(jìn)行高質(zhì)量的光聲研究。 k7yv>iN
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光聲遙感成像是一種新型的光聲成像模態(tài)。與使用超聲波換能器的傳統(tǒng)聲學(xué)檢測(cè)不同，光聲遙感使用另一種激光束來(lái)檢測(cè)聲學(xué)信號(hào)。具體地，采用另一個(gè)激光源作為與激發(fā)光束共焦的探測(cè)光束。當(dāng)樣品吸收能量產(chǎn)生初始?jí)毫r(shí)，由于彈性光學(xué)折射率調(diào)制，樣品表面的折射率瞬間發(fā)生變化。通過(guò)監(jiān)測(cè)探測(cè)光束的反射強(qiáng)度，可以分析相應(yīng)的光聲信號(hào)。聲學(xué)信號(hào)的全光學(xué)檢測(cè)消除了與樣品的直接接觸。同時(shí)，由于光學(xué)傳感，檢測(cè)帶寬可以很容易地從有限的超聲換能器轉(zhuǎn)移到更寬的光電二極管，這為進(jìn)一步提高系統(tǒng)的檢測(cè)靈敏度和信噪比提供了可能性。 u@=+#q~/P
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基于上述見(jiàn)解，香港大學(xué)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)最近報(bào)道了用于脂質(zhì)非接觸成像的近紅外光聲遙感顯微鏡。據(jù)Advanced Photonics Nexus報(bào)道，該團(tuán)隊(duì)的光聲遙感顯微鏡使用 1.7μm 摻銩光纖激光器作為泵浦光束，選擇性地激發(fā)脂質(zhì)中的C-H鍵。同時(shí)，采用另一個(gè)1.5μm連續(xù)波（CW）激光器作為與泵浦光束共焦的檢測(cè)光束來(lái)檢測(cè)初始超聲壓力。這種超聲波信號(hào)的光學(xué)檢測(cè)省去了超聲波換能器的使用，實(shí)現(xiàn)了光聲信號(hào)的遙感。同時(shí)，該方法提供了更寬的檢測(cè)帶寬，提高了系統(tǒng)的檢測(cè)靈敏度和信噪比。 ;Ch+X$m9
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在他們的實(shí)驗(yàn)中，該團(tuán)隊(duì)首先通過(guò)光聲遙感展示了兩種形式的純脂質(zhì)樣品的成像結(jié)果，并分析了信號(hào)對(duì)應(yīng)的功率譜密度。他們發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)換能器相比，光學(xué)檢測(cè)方法可以提供更寬的頻率響應(yīng)。他們還對(duì)包括線蟲(chóng)和腦切片在內(nèi)的生物樣本進(jìn)行了光聲遙感成像，顯示出良好的對(duì)比度和信噪比，展示了組織尺度上的高性能成像能力。 5eiZ s
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“光聲遙感顯微鏡實(shí)現(xiàn)了可以靶向特定分子鍵的無(wú)標(biāo)記成像，”通訊作者、香港大學(xué)工程學(xué)教授 Kenneth KY Wong 評(píng)論道。他補(bǔ)充說(shuō)：“超聲波信號(hào)的光學(xué)檢測(cè)提供了非接觸式操作和更寬的頻率響應(yīng)。同時(shí)，光聲遙感顯微鏡顯示出在組織尺度上進(jìn)行脂質(zhì)分布映射的高性能�！� 新開(kāi)發(fā)的技術(shù)在各種生物醫(yī)學(xué)研究中具有巨大的應(yīng)用潛力。 *2
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