7 月 15 日消息，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所楊帆研究員牽頭成功研制了國(guó)際首臺(tái)高時(shí)空分辨受激布里淵顯微鏡。

布里淵顯微鏡是一種新興的全光學(xué)、非接觸、三維力學(xué)成像技術(shù)并具有高空間分辨率，其通過(guò)分析受激布里淵散射信號(hào)中頻移和譜寬信息，可分別表征樣品的彈性模量與粘性，在生物力學(xué)、腫瘤學(xué)、眼科學(xué)等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。然而，由于信號(hào)極弱與系統(tǒng)限制，傳統(tǒng)布里淵成像速度慢、光譜分辨率有限，難以滿足活體成像與動(dòng)態(tài)過(guò)程監(jiān)測(cè)需求。

為了進(jìn)一步提升成像速度，研究團(tuán)隊(duì)研制了一套創(chuàng)新型脈沖激光系統(tǒng)：先通過(guò)主振蕩器-功率放大器結(jié)構(gòu)，在 1560 nm 波段產(chǎn)生納秒級(jí)激光脈沖，再經(jīng)二次諧波轉(zhuǎn)換獲得 780 nm 脈沖光。此外，團(tuán)隊(duì)還研制了一套自平衡探測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 31.3 dB 的噪聲抑制。該系統(tǒng)在 30mW 平均功率下，實(shí)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。

研究團(tuán)隊(duì)搭建了脈沖激光 SBS 顯微鏡（PL-SBS），將泵浦光與探測(cè)光聚焦到樣品同一位置，通過(guò)掃描樣品實(shí)現(xiàn)三維成像，系統(tǒng)測(cè)量空間分辨率達(dá)到 0.49×0.49×2.1 μm3。

借助這一顯微鏡，研究團(tuán)隊(duì)使用蒸餾水作為測(cè)試樣品，在每像素駐留時(shí)間 200 微秒、平均光功率僅 30 mW 的條件下，獲得了 7.7 MHz 的頻移精度。相比之下，QCW-SBS 系統(tǒng)在相同光功率下需 20 毫秒駐留時(shí)間才能達(dá)到類似水平，因此研究團(tuán)隊(duì)將成像速度提升了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，首次在國(guó)際上實(shí)現(xiàn)了亞毫秒時(shí)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。

為了驗(yàn)證 PL-SBS 在生物力學(xué)成像中的實(shí)際性能，研究團(tuán)隊(duì)首先對(duì)多種細(xì)胞系進(jìn)行成像，包括 HeLa 細(xì)胞不同 z 層面上的布里淵頻移、譜寬和增益圖像，圖像質(zhì)量高、細(xì)節(jié)清晰。值得注意的是，核仁區(qū)域相較于核質(zhì)區(qū)域，表現(xiàn)出更高的布里淵頻移和譜寬，且布里淵增益更低，反映出明顯的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)力學(xué)差異。每幅 2000×220 像素的圖像僅需 88 秒即可獲取，成像速度顯著提升。

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將系統(tǒng)應(yīng)用于斑馬魚卵泡成像。成像結(jié)果首次揭示：卵母細(xì)胞中的 Balbiani 小體（一種無(wú)膜亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)）表現(xiàn)出顯著更高的布里淵頻移，提示其剛度高于周圍區(qū)域。這一發(fā)現(xiàn)凸顯了 PL-SBS 系統(tǒng)在亞細(xì)胞尺度上的高空間分辨率和力學(xué)靈敏度。

這項(xiàng)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(gè)生物模型中展現(xiàn)出顯著性能優(yōu)勢(shì)。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(dòng)態(tài)的全新工具，推動(dòng)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(chǎng)景拓展。

相關(guān)成果已于 7 月 10 日發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然?光子學(xué)》上