城大研究人员开发超灵敏光声显微镜具有广泛的生物医学应用潜力

光学分辨率光声显微镜是一种新兴的生物医学成像技术，用于研究癌症、糖尿病和中风等多种疾病。但其灵敏度不足一直是其广泛应用的障碍。最近，香港城市大学(城大)的研究团队开发出多光谱、超低剂量的光声显微镜系统，系统灵敏度极限显着改善，为未来新的生物医学应用和临床转化提供了可能。

光声显微镜是一种生物医学成像技术，结合超声波检测和激光诱导光声信号来创建生物组织的详细图像。当生物组织受到脉冲激光照射时，会产生超声波，然后超声波被检测并转换成电信号进行成像。与传统光学显微镜方法相比，这种引人注目的技术可以在更大的深度实现毛细管水平或亚细胞分辨率。然而，灵敏度不足阻碍了该技术的更广泛应用。

“高灵敏度对于高质量成像非常重要。它有助于检测不强烈吸收光的发色团(通过吸收特定波长的可见光而赋予材料颜色的分子)。它还有助于减少光漂白和光性，减少对脆弱器官生物组织的干扰，并扩大宽光谱低成本、低功率激光器的选择。 ”在城大。

例如，在眼科检查中，为了更安全和舒适，首选低功率激光。他补充说，长期监测药代动力学或血流需要低剂量成像，以减轻对组织功能的干扰。

为了克服灵敏度挑战，王教授及其研究团队最近开发了多光谱、超低剂量光声显微镜(SLD-PAM)系统，突破了传统光声显微镜的灵敏度极限，将灵敏度显着提高了约33次。

他们通过结合光声传感器设计的改进和 4D 光谱空间滤波器计算算法的创新，实现了这一突破。他们通过使用实验室定制的高数值孔径声透镜、优化光学和声束组合器以及改进光学和声学对准来改进传感器设计。SLD-PAM 还采用低成本多波长脉冲激光器，提供从绿光到红光的 11 种波长。激光器的工作重复频率高达兆赫兹，光谱切换时间为亚微秒。

为了证明 SLD-PAM 的重要性和新颖性，研究小组通过绿光和红光源的超低脉冲能量体内动物成像对其进行了彻底测试，取得了显着的发现。

首先，SLD-PAM 实现了高质量的体内解剖和功能成像。超低激光功率和高灵敏度显着减少了眼睛和大脑成像的干扰，为临床转化铺平了道路。其次，在不影响图像质量的情况下，SLD-PAM 使用较低的激光功率将光漂白减少了约 85%，并允许使用更广泛的分子和纳米探针。此外，系统成本显着降低，使得研究实验室和诊所更负担得起。

“SLD-PAM 能够对生物组织进行非侵入性成像，对受试者的损伤最小，为解剖、功能和分子成像提供强大且有前途的工具，”王教授说。“我们相信SLD-PAM可以帮助推进光声成像的应用，实现众多新的生物医学应用，并为临床转化铺平新的途径。”

接下来，王教授和他的研究团队将利用SLD-PAM系统在生物成像中测试更广泛的小分子和基因编码生物标志物。他们还计划采用更多类型的更宽光谱的低功率光源来开发可穿戴或便携式显微镜。

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