光声遥感显微镜用于脂质成像

　　香港大学的一个研究小组报告了近红外光声遥感显微镜对脂质的非接触式成像。

　　

   

   

图像:光声遥感机理。

光声成像是一项尖端技术，它利用光和声音来创建身体内部的图像。当脉冲激光照射生物组织表面时，部分光子能量被组织吸收产生热量。热量的增加导致组织的热弹性膨胀，以超声波的形式释放能量。通过扫描样本并收集相应的光声信号，研究人员能够重建生物组织的2D或3D图像。

超声换能器通常采集光声信号。但由于声波在空气中会衰减，通常需要在组织样本和换能器之间加入水或超声波凝胶，以保证信号检测的灵敏度。这种物理接触或浸泡可能会对生物样品产生重大影响，极大地限制了常规光声成像在许多实际场景中的适用性。另一方面，由于超声波换能器固有的结构和材料特性，其中心响应频率和检测带宽有限，可能会降低系统在宽带信号检测方面的灵敏度。考虑到这些局限性，传统的光声成像需要更新，以实现高质量的光声研究。

光声遥感成像是一种新型的光声成像方式。与使用超声波换能器的传统声波探测不同，光声遥感使用另一束激光探测声波信号。具体来说，采用另一种激光源作为探测光束与激发光束共聚焦。当样品吸收能量产生初始压力时，由于弹性光学折射率调制，样品表面的折射率瞬时发生变化。通过监测探测光束的反射强度，可以分析相应的光声信号。声波信号的全光检测消除了与样品的直接接触。同时，由于光学传感，检测带宽可以很容易地从有限的超声换能器转移到更宽的光电二极管上，这为进一步提高系统的检测灵敏度和信噪比提供了可能。

基于上述见解，香港大学的一个研究团队最近报告了近红外光声遥感显微镜用于脂类的非接触式成像。据《Advanced Photonics Nexus》报道，该团队的光声遥感显微镜使用1.7 μm掺铥光纤激光器作为泵浦光束，选择性地刺激脂质中的C-H键。同时，采用另一束1.5 μm连续波(CW)激光器作为探测光束，与泵浦光共聚焦探测初始超声压力。这种超声波信号的光学检测，省去了超声波换能器的使用，实现了光声信号的遥感。同时，该方法提供了更宽的检测带宽，提高了系统的检测灵敏度和信噪比。

在实验中，该团队首先通过光声遥感展示了两种形式的纯脂质样品的成像结果，并分析了信号对应的功率谱密度。他们发现，与传统的换能器相比，光学检测方法可以提供更广泛的频率响应。他们还对包括线虫和大脑切片在内的生物样本进行了光声遥感成像，显示出良好的对比度和信噪比，显示出在组织尺度上的高性能成像能力。

“光声遥感显微镜实现了无标签成像，可以针对特定的分子键，”通讯作者，香港大学工程学教授Kenneth K. Y. Wong评论道。他补充说:“超声波信号的光学检测提供了非接触式操作和更广泛的频率响应。同时，光声遥感显微镜在组织尺度上显示出高性能的脂质分布映射。”这项新开发的技术在各种生物医学研究中具有很大的应用潜力。

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Photoacoustic remote sensing microscopy for lipid imaging