脉冲激光受激布里渊显微成像技术应用于各种生物样品显微成像

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所杨帆研究员牵头成功研制了国际首台高时空分辨受激布里渊显微镜，在保持优异成像质量和高频谱特异性的前提下，将成像速度提升两个数量级，首次在国际上实现了亚毫秒时间分辨与亚微米空间分辨的三维力学成像，为生命科学中的力学研究提供了重要工具。相关成果近日在国际学术期刊《自然-光子学》（Nature Photonics）发表。

细胞和组织的力学性质在功能调控、发育过程和疾病机制中发挥关键作用。然而，现有力学检测技术如原子力显微镜和光学相干弹性成像受限于接触性、浅层成像或空间分辨率不足等问题，难以满足高精度三维力学成像需求。

近年来，布里渊显微成像作为新的全光学、非接触、三维力学成像技术，在力学生物学、眼科与肿瘤诊断等领域展现出潜力。特别是，受激布里渊显微镜具备更高的空间和频谱分辨率，但受限于成像速度，典型单像素时间达20毫秒，制约了动态过程的实时观测。

为了突破上述瓶颈，我国研究人员开发出一套波长为780nm、峰值功率为267W的高峰值功率、低占空比脉冲光纤激光系统，并结合高抑噪自平衡探测方案实现了超过31dB的噪声抑制。该系统在30mW平均功率下，实现了每像素仅200微秒的成像速度，领先于现有技术水平。

在此基础上，科研人员又在单细胞、类器官、斑马鱼胚胎及卵泡等多个生物样本上验证了这一系统的性能，均展现出优秀的时空分辨能力与生物应用潜力。

这项研究突破了传统SBS显微镜成像速度与灵敏度的技术瓶颈，在多个生物模型中展现出显著性能优势。该系统有望成为揭示生命力学机制、探索疾病发生与发育动态的全新工具，推动布里渊显微技术向更广泛的基础研究与临床应用场景拓展。