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更深入、更詳細 世界首個超聲誘導(dǎo)激光掃描顯微鏡問世
2022年10月11日 09:52:44
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點擊量：4000
研究團隊通過將這項“超聲誘導(dǎo)組織透明性”技術(shù)應(yīng)用于共焦熒光顯微鏡，開發(fā)出首個超聲波誘導(dǎo)光學(xué)清晰顯微鏡
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】隨著光子學(xué)技術(shù)與生命科學(xué)的交叉融合發(fā)展，光學(xué)成像和光學(xué)治療已經(jīng)成為當前醫(yī)學(xué)治療的重要手段和發(fā)展方向。目前，光學(xué)成像和治療技術(shù)被廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)研究和臨床實踐，但由于生物組織內(nèi)存在光散射現(xiàn)象，使光傳輸率較低，導(dǎo)致組織深部的圖像采集和處理存在固有的局限性，嚴重阻礙了其廣泛使用。
為了克服這一點，2017年，大邱慶北科學(xué)技術(shù)院電氣工程與計算機科學(xué)系張金昊(音譯)教授領(lǐng)導(dǎo)的團隊提出了解決方案：使用通常在生物組織暴露于高強度超聲波時觀察到的微米大小的氣泡。超聲波暫時產(chǎn)生的氣泡會導(dǎo)致與入射光傳播方向相同的光散射，因此會增加光的穿透深度。
于是基于這一原理，研究團隊提出了一種稱為超聲誘導(dǎo)光學(xué)清除顯微鏡的方案，該方案利用基于超聲誘導(dǎo)氣泡的臨時局部光學(xué)清除。在這種方法中，氣泡由所需深度的高強度脈沖超聲產(chǎn)生，隨后在成像過程中由低強度連續(xù)超聲維持，從而加強了光的穿透深度。
共焦熒光顯微鏡能有選擇地檢測在光焦平面上產(chǎn)生的熒光信號，并提供微型生物組織(如癌細胞)的高分辨率、高對比度圖像，成為生命科學(xué)研究領(lǐng)域使用最廣泛的設(shè)備。但由于組織內(nèi)發(fā)生的光散射，當深度超過100微米時，光的焦點會變得模糊，嚴重限制共焦熒光顯微鏡的應(yīng)用和有效性。
為此，聯(lián)合研究團隊借助超聲波技術(shù)，在活組織內(nèi)有密集氣泡(密度為90%或以上)的區(qū)域內(nèi)創(chuàng)建一個氣泡層，并在獲取圖像時保持產(chǎn)生的氣泡。在這個氣泡層中，光子的傳播方向不會發(fā)生畸變，入射光子傳播方向上的光學(xué)散射和不需要的變化在氣泡云中最小化，因此激光可以緊密聚焦在更深的成像平面上。
通過幻像和離體實驗，即使在較深的生物組織中，也可以實現(xiàn)光聚焦。研究團隊通過將這項“超聲誘導(dǎo)組織透明性”技術(shù)應(yīng)用于共焦熒光顯微鏡，開發(fā)出首個超聲波誘導(dǎo)光學(xué)清晰顯微鏡(US-OCM)，超聲誘導(dǎo)的光學(xué)透明顯微鏡能夠?qū)⒊上裆疃仍黾?倍或更多，同時分辨率與傳統(tǒng)的激光掃描顯微鏡相似。
特別是，本研究中開發(fā)的US-OCM沒有對組織造成任何損傷，因為當超聲波照射停止時，生成的氣泡消失，光學(xué)特性恢復(fù)到氣泡生成之前，這表明它對生物體無害。研究人員還稱，通過此研究所研究獲得的新技術(shù)將應(yīng)用于各種光學(xué)成像技術(shù)，包括多光子顯微鏡和光聲顯微鏡，以及包括光熱療法和光動力療法在內(nèi)的幾種光學(xué)療法。該項研究結(jié)果發(fā)表在《自然光子學(xué)》上。
(資料來源：科技日報)
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