近日，中科院上海光機(jī)所楊帆研究員牽頭成功研制了國際首臺高時空分辨受激布里淵顯微鏡，該系統(tǒng)在保持優(yōu)異成像質(zhì)量和高頻譜特異性的前提下，將成像速度提升兩個數(shù)量級，首次在國際上實現(xiàn)了亞毫秒時間分辨與亞微米空間分辨的三維力學(xué)成像，為生命科學(xué)中的力學(xué)研究提供了重要工具。相關(guān)成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》。

布里淵顯微成像是一種新的全光學(xué)、非接觸、三維力學(xué)成像技術(shù)，具有高空間分辨率，在力學(xué)生物學(xué)、眼科與腫瘤診斷等領(lǐng)域展現(xiàn)出潛力。然而，受限于成像速度，布里淵顯微成像技術(shù)尚無法完成較為快速的測量。

為了突破上述瓶頸，我國研究人員開發(fā)出一套波長為780納米、峰值功率為267瓦的高峰值功率、低占空比脈沖光纖激光系統(tǒng)，并結(jié)合高抑噪自平衡探測方案實現(xiàn)了超過31dB的噪聲抑制。該系統(tǒng)在30毫瓦平均功率下，實現(xiàn)了每像素僅200微秒的成像速度，領(lǐng)先于現(xiàn)有技術(shù)水平。

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脈沖光纖激光系統(tǒng)和 PL-SBS顯微鏡的示意圖

在此基礎(chǔ)上，科研人員又在單細(xì)胞、類器官、斑馬魚胚胎及卵泡等多個生物樣本上驗證了這一系統(tǒng)的性能優(yōu)勢。值得一提的是，利用這套顯微鏡系統(tǒng)，研究團(tuán)隊在斑馬魚胚胎中觀測到雙布里淵峰，揭示了異質(zhì)性細(xì)胞外基質(zhì)與腔體中的力學(xué)差異；在秀麗隱桿線蟲胚胎發(fā)育過程中，實時捕捉到早期細(xì)胞分裂中的力學(xué)動態(tài)變化，展現(xiàn)了出色的時空分辨能力與生物應(yīng)用潛力。

這項研究突破了傳統(tǒng)SBS顯微鏡成像速度與靈敏度的技術(shù)瓶頸，在多個生物模型中展現(xiàn)出顯著性能優(yōu)勢。該系統(tǒng)有望成為揭示生命力學(xué)機(jī)制、探索疾病發(fā)生與發(fā)育動態(tài)的全新工具，推動布里淵顯微技術(shù)向更廣泛的基礎(chǔ)研究與臨床應(yīng)用場景拓展。

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