具有相位调制的增强型三维化学成像

3D成像在很大程度上有助于理解复杂的生物和生物医学系统，它比传统的二维方法提供了更详细的信息。然而，由于成像速度有限和在混浊环境中的显著散射等因素，活细胞和组织成像仍然具有挑战性

在这种情况下，多模式显微镜技术是值得注意的。具体而言，CRS（相干拉曼散射）等非线性技术使用光学振动光谱，以无标记的方式在组织和细胞中提供精确的化学成像

此外，受激拉曼散射（SRS）显微镜作为一种CRS方法，由于受激拉曼强度与目标分子浓度之间的线性关系，可以准确地捕获生物分子的图像。它这样做具有高灵敏度，并且没有来自不想要的非共振背景的干扰

在最近发表在《高级光子学》上的一项研究中，新加坡国立大学设计与工程学院生物医学工程系光学生物成像实验室主任黄志伟教授与他的团队合作开发了一种名为相位调制受激拉曼散射层析成像（PM-SRST）的新技术用于细胞和组织的无标记3D化学成像

根据黄的说法，“我们开发的这种方法可以直接获取空间域中的3D样本信息，而无需后处理程序。我们还证明了PM-SRST技术在提高生物问题SRS 3D成像的横向分辨率和成像深度方面的实用性。”

在这种方法中，常规的“泵”SRS方法中的波束被称为贝塞尔波束的专用波束所代替。另一光束，即聚焦的斯托克斯光束的位置，是使用一种称为空间光调制器的设备沿着样品中的贝塞尔泵浦光束控制的，用于机械无扫描z切片

此外，通过将贝塞尔泵浦光束与更长波长的斯托克斯光束相结合，PM-SRST处理散射的能力得到了提高，从而能够在更深的组织区域捕获快速而详细的图像

通过实验证明了该方法的有效性，实验展示了不同样品的快速无标记体积化学成像。其中包括实时监测聚合物珠在水中的三维布朗运动，观察植物根系中氧化氘（D2O）的扩散和吸收过程，以及研究癌症乳腺细胞对乙酸的生化反应

此外，将PM-SRST的光穿透深度与传统SRS成像的光穿透厚度进行了比较。在PM-SRST中，来自较深组织区域的信号明显强于C-SRS，导致成像深度提高了大约两倍

Huang指出，“PM-SRST的无z扫描光学切片特性是通用的，可以很容易地扩展到其他成像模式。例如，当前的系统可以很容易适应相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）层析成像，并且通过单独利用泵浦或斯托克斯光束，可以简化PM-SRST技术以促进二次或三次谐波生成层析成像、多光子层析成像或荧光层析成像。“

PM-SRST技术能够快速、无标记地进行3D化学成像，可用于研究活细胞和组织内与药物递送和治疗相关的代谢活动和功能动态过程