(資料圖片僅供參考)

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(dāng)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(shí)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(yán)重阻礙了其廣泛使用。

為了克服這一點(diǎn)，2017年，大邱慶北科學(xué)技術(shù)院電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系張金昊(音譯)教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)提出了解決方案：使用通常在生物組織暴露于高強(qiáng)度超聲波時(shí)觀察到的微米大小的氣泡。超聲波暫時(shí)產(chǎn)生的氣泡會(huì)導(dǎo)致與入射光傳播方向相同的光散射，因此會(huì)增加光的穿透深度。

于是基于這一原理，研究團(tuán)隊(duì)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(shí)局部光學(xué)清除。在這種方法中，氣泡由所需深度的高強(qiáng)度脈沖超聲產(chǎn)生，隨后在成像過程中由低強(qiáng)度連續(xù)超聲維持，從而加強(qiáng)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(hào)，并提供微型生物組織(如癌細(xì)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(dāng)深度超過100微米時(shí)，光的焦點(diǎn)會(huì)變得模糊，嚴(yán)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(tuán)隊(duì)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(gè)氣泡層，并在獲取圖像時(shí)保持產(chǎn)生的氣泡。在這個(gè)氣泡層中，光子的傳播方向不會(huì)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(shí)驗(yàn)，即使在較深的生物組織中，也可以實(shí)現(xiàn)光聚焦。研究團(tuán)隊(duì)通過將這項(xiàng)“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(gè)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(shí)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?yàn)楫?dāng)超聲波照射停止時(shí)，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(dòng)力療法在內(nèi)的幾種光學(xué)療法。該項(xiàng)研究結(jié)果發(fā)表在《自然光子學(xué)》上。

(資料來源：科技日報(bào))

關(guān)鍵詞： 熒光顯微鏡 傳播方向 穿透深度