7 月 15 日消息，中國科學(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際首臺高時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，其通過分析受激布里淵散射信號中頻移和譜寬信息，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態(tài)過程監(jiān)測需求。

為了進(jìn)一步提升成像速度，研究團(tuán)隊研制了一套創(chuàng)新型脈沖激光系統(tǒng)：先通過主振蕩器-功率放大器結(jié)構(gòu)，在 1560 nm 波段產(chǎn)生納秒級激光脈沖，再經(jīng)二次諧波轉(zhuǎn)換獲得 780 nm 脈沖光。此外，團(tuán)隊還研制了一套自平衡探測系統(tǒng)實現(xiàn) 31.3 dB 的噪聲抑制。該系統(tǒng)在 30mW 平均功率下，實現(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)隊搭建了脈沖激光 SBS 顯微鏡（PL-SBS），將泵浦光與探測光聚焦到樣品同一位置，通過掃描樣品實現(xiàn)三維成像，系統(tǒng)測量空間分辨率達(dá)到 0.49×0.49×2.1 μm3。

借助這一顯微鏡，研究團(tuán)隊使用蒸餾水作為測試樣品，在每像素駐留時間 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 毫秒駐留時間才能達(dá)到類似水平，因此研究團(tuán)隊將成像速度提升了兩個數(shù)量級，首次在國際上實現(xiàn)了亞毫秒時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。

為了驗證 PL-SBS 在生物力學(xué)成像中的實際性能，研究團(tuán)隊首先對多種細(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，在多個生物模型中展現(xiàn)出顯著性能優(yōu)勢。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)育動態(tài)的全新工具，推動布里淵顯微技術(shù)向更廣泛的基礎(chǔ)研究與臨床應(yīng)用場景拓展。

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