光學分辨率光聲顯微鏡（OR-PAM）憑借光/聲共聚焦實現(xiàn)細胞級、無標記活體成像，但長期受制于“光源昂貴、紅光信號弱、聲光耦合效率低”三大問題，限制了其在更深、更快、更廣譜成像中的應用。具體如下：（1）在光源部分，≥kHz高重頻、≥百納焦能量、可多波長切換的商業(yè)化激光器稀缺且成本高；（2）在紅光譜區(qū)靈敏度方面，>600 nm 血紅蛋白與常用染料吸收下降，導致信噪比與成像深度受限；（3）在聲光耦合方面，傳統(tǒng)耦合器要么裝配復雜、要么靈敏度不足，難以兼顧帶寬與數(shù)值孔徑。

基于以上問題和挑戰(zhàn)，中國科學院蘇州生物醫(yī)學工程技術研究所張雅超研究員團隊推出高靈敏度多光譜光學分辨率光聲顯微鏡（MW-OR-PAM），以“光源—探頭—對比增強”三位一體設計，針對性化解瓶頸。包括（1）研制多波長高速切換光源（SRS-Fiber&#8194;Laser Source）。基于保偏光纖的受激拉曼散射（SRS），以一臺 532 nm 納秒激光器擴展至 532–620 nm 可調輸出，用于血氧成像的波長切換 <1 μs（亞微秒級），重頻上限達MHz，覆蓋高速活體成像需求。以通用綠光泵浦替代多臺專用多譜段激光器，顯著降低成本。（2）研制高靈敏度光聲探頭，以P(VDF-TrFE) 薄膜與光學透鏡同軸布局，實現(xiàn)光激發(fā)/光聲探測共軸，光聲探頭數(shù)值孔徑達到0.67，帶寬 98.94%，光學透過率高達90%，在保持高分辨率的同時顯著提升靈敏度與頻譜覆蓋，兼顧對比度與定量穩(wěn)定性。（3）引入生物兼容組織透明化染料檸檬黃（Tartrazine），在 ≥600 nm 波段實現(xiàn)活體可逆透明化，定向提升紅光通道的信噪比與有效成像深度，補齊多光譜血氧定量的“短板”。

團隊通過大量的活體實驗，證明了MW-OR-PAM可實現(xiàn)高分辨率活體血管成像、血氧飽和度成像、經顱腦成像。MW-OR-PAM從綠光到紅光的一體化譜段覆蓋，兼顧結構-功能雙重信息；MHz 級重頻與亞微秒切換，有望讓高速生理動態(tài)過程（血流/代謝/神經耦合）捕獲更可靠；單泵源配合光纖SRS的方案與同軸探頭設計，降低系統(tǒng)復雜度，利于復制與轉化。

未來，MW-OR-PAM平臺有望在腦科學、腫瘤微環(huán)境、缺血再灌注、代謝與藥效評估等方向，提供更深、更快、更準的多尺度功能成像能力，推動從實驗室走向臨床前與產業(yè)化應用。

圖1.&#8194;MW-OR-PAM原理圖及活體組織可逆透明化光聲成像示意圖

圖2. MW-OR-PAM無標記活體血管結構、血氧飽和度成像結果

圖3. MW-OR-PAM活體組織可逆透明化無標記成像結果

相關研究成果以題為“Multi-wavelength photoacoustic microscopy enhanced by high-sensitivity probe and reversible tissue transparent molecules” 的論文發(fā)表在國際知名期刊Photonics Research (中科院一區(qū)TOP) 上。中國科學院蘇州醫(yī)工所（中科大生物醫(yī)學工程學院）博士研究生徐茂源為論文的第一作者，中國科學院蘇州醫(yī)工所崔崤峣研究員和張雅超研究員為通訊作者。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中國科學院高層次引才計劃、姑蘇創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)領軍人才計劃、蘇州市基礎研究試點等項目的資助。

相關鏈接：https://doi.org/10.1364/PRJ.565972