據(jù)OFweek光學(xué)網(wǎng)，于2025年01月02日報(bào)道，無標(biāo)記、非破壞分子成像避免了標(biāo)記對分子性質(zhì)的影響，這一特點(diǎn)使其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。目前，受激拉曼顯微鏡（SRS）、相干反斯托克斯拉曼顯微鏡（CARS）以及光聲顯微鏡（PA）已被使用在多種病理學(xué)相關(guān)研究之中。由于水吸收和組織散射的問題，SRS和CARS顯微鏡成像深度被限制在數(shù)百微米，為了增加成像深度，相關(guān)學(xué)者提出的PA顯微鏡，但又無法同時(shí)兼顧高空間分辨率。本篇文章利用短波紅外（SWIR）激發(fā)的光熱（PT）效應(yīng)實(shí)現(xiàn)成像，同時(shí)滿足了毫米級成像深度和微米級分辨率，并且和已有成像方法做對比，得到了較好的結(jié)果。
光熱成像的激發(fā)原理如圖1.（a）所示，分子吸收單個(gè)光子之后產(chǎn)生熱效應(yīng)，改變局部折射率；圖1（b）為裝置圖，激發(fā)光采用中心波長為1725 nm的脈沖激光，對應(yīng)C-H鍵第一級的諧波吸收峰，探測光為中心波長位于1310 nm的連續(xù)激光。這兩束光經(jīng)由雙色鏡空間合束后聚焦到樣品中，以實(shí)現(xiàn)源自吸收誘導(dǎo)的光熱效應(yīng)。光熱成像的探測原理如圖1.（c）所示：激發(fā)光作用在樣本上導(dǎo)致吸收點(diǎn)折射率變化，之后收集探測光傳播的改變作為觀測信號。
用上述裝置對聚苯乙烯小球成像來計(jì)算PT顯微鏡的分辨率，結(jié)果如圖2.（a）所示。小球直徑是500 nm，分別對xy和yz界面成像并計(jì)算信噪比，之后計(jì)算信號強(qiáng)度的半高寬和小球的輪廓卷積得到了系統(tǒng)的橫向分辨率為0.77 µm、軸向分辨率為3.5 µm，驗(yàn)證該顯微鏡具有µm級的分辨率。
把聚苯乙烯小球置于不同濃度的內(nèi)毒素水溶液中，該溶液模擬了生物組織的真實(shí)環(huán)境，包括吸收和散射。用PT顯微鏡和SRS顯微鏡分別對這些溶液成像，結(jié)果如圖3所示。從左到右溶液濃度越來越高，對應(yīng)散射和吸收效應(yīng)越來越強(qiáng)。可以明顯觀察到，PT顯微鏡在散射和吸收的作用越來越強(qiáng)時(shí)，信噪比下降的比較緩慢，在溶液濃度5%和10%的情況下，光熱顯微鏡的成像結(jié)果明顯優(yōu)于SRS顯微鏡，當(dāng)在真實(shí)生物組織中，其穿透深度可以達(dá)到1 mm。
癌癥的誘導(dǎo)原因和細(xì)胞中脂質(zhì)成分的變化有著密切的聯(lián)系，所以對脂質(zhì)的成像十分重要。圖4中上面一層為直接得出未去除水背景信號的結(jié)果，下面一層為利用脂質(zhì)和水不同的熱衰減系數(shù)去除了噪聲的影響得到的分布圖。之后通過調(diào)節(jié)穿透深度，得到了整個(gè)細(xì)胞中脂質(zhì)分布的三維結(jié)構(gòu)，這在研究癌癥相關(guān)的病理過程中至關(guān)重要。本項(xiàng)工作提出了一種基于光熱原理的新型成像方法，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)1毫米的穿透深度以及亞微米級的分辨率。通過和已有的SRS顯微鏡作為比，證實(shí)了其在真實(shí)的生物組織中優(yōu)于其他成像方法。
