我國科學家成功研制國際首台高時空分辨受激布裡淵顯微鏡

　　7 月 15 日消息，中國科學院上海光學精密機械研究所傳來振奮人心的消息：由楊帆研究員牽頭，科研團隊成功研制出國際首台高時空分辨受激布裡淵顯微鏡。這一成果在科學界引發廣泛關注，為相關領域的研究帶來了新的曙光。

　　布裡淵顯微鏡作為一種新興的全光學、非接觸、三維力學成像技術，具有高空間分辨率的顯著優勢。其工作原理是通過分析受激布裡淵散射信号中的頻移和譜寬信息，以此分别表征樣品的彈性模量與粘性。正因如此，它在生物力學、腫瘤學、眼科學等諸多領域都展現出了巨大的應用潛力。然而，傳統布裡淵顯微鏡卻面臨着嚴峻的技術挑戰。由于受激布裡淵散射信号極其微弱，再加上系統本身的限制，導緻傳統布裡淵成像速度極為緩慢，光譜分辨率也十分有限，根本無法滿足對活體成像以及動态過程監測的迫切需求。

　　為了突破這一技術瓶頸，大幅提升成像速度，研究團隊投入了大量精力，研制出一套創新型脈沖激光系統。該系統首先借助主振蕩器 - 功率放大器結構，在 1560nm 波段成功産生納秒級激光脈沖，随後通過二次諧波轉換，順利獲得 780nm 脈沖光。不僅如此，團隊還精心研制了一套自平衡探測系統，該系統具備強大的噪聲抑制能力，實現了高達 31.3dB 的噪聲抑制效果。得益于這一系列創新成果，該系統僅需 30mW 的平均功率，就能達到每像素僅 200 微秒的成像速度，這一速度遠遠領先于現有技術水平。

　　在上述技術基礎上，研究團隊成功搭建了脈沖激光 SBS 顯微鏡(PL-SBS)。該顯微鏡的工作模式為，将泵浦光與探測光聚焦到樣品的同一位置，通過對樣品進行掃描來實現三維成像，其系統測量空間分辨率達到了 0.49×0.49×2.1µm³。

　　研究團隊以蒸餾水作為測試樣品對顯微鏡性能展開測試。在每像素駐留時間僅為 200 微秒、平均光功率僅 30mW 的條件下，顯微鏡便獲得了 7.7MHz 的頻移精度。與之形成鮮明對比的是，QCW-SBS 系統在相同光功率下，卻需要 20 毫秒的駐留時間才能達到類似精度水平。由此可見，研究團隊成功将成像速度提升了兩個數量級，首次在國際上達成了亞毫秒時間分辨與亞微米空間分辨的三維力學成像，為生命科學領域的力學研究提供了至關重要的工具。

　　為了進一步驗證 PL-SBS 在生物力學成像方面的實際性能，研究團隊對多種細胞系展開成像實驗。其中包括對 HeLa 細胞不同 z 層面上的布裡淵頻移、譜寬和增益進行成像，獲得的圖像質量極高，細節清晰可辨。尤為值得注意的是，在成像結果中，核仁區域相較于核質區域，呈現出更高的布裡淵頻移和譜寬，且布裡淵增益更低，這清晰地反映出明顯的亞細胞結構力學差異。并且，獲取每幅 2000×220 像素的圖像僅僅需要 88 秒，成像速度得到了顯著提升。

　　研究團隊還将該系統應用于斑馬魚卵泡成像。此次成像結果意義非凡，首次揭示出卵母細胞中的 Balbiani 小體(一種無膜亞細胞結構)具有顯著更高的布裡淵頻移，這一發現意味着 Balbiani 小體的剛度高于周圍區域。這一成果充分凸顯了 PL-SBS 系統在亞細胞尺度上具備的高空間分辨率和出色的力學靈敏度。

　　這項研究成果成功攻克了傳統 SBS 顯微鏡在成像速度與靈敏度方面的技術難題，在多個生物模型實驗中均展現出極為顯著的性能優勢。該高時空分辨受激布裡淵顯微鏡有望成為深入揭示生命力學機制、積極探索疾病發生與發育動态過程的全新有力工具，推動布裡淵顯微技術朝着更廣泛的基礎研究與臨床應用場景大步邁進，為人類在生命科學等領域的探索帶來更多可能。