新型成像技术消除了对昂贵的超快激光器的需求

隶属于UNIST的一个研究小组宣布开发了一种创新的非线性成像技术，该技术能够使用激光指示器等普通光源而不是昂贵的超快脉冲激光以3D形式可视化内部生物组织。

在UNIST生物医学工程系Jung Hoon Park教授和Jinmyoung Joo教授的带领下，研究团队利用专门的纳米粒子创建了一种仅使用连续波（CW）激光的非线性荧光显微镜技术。

这一突破实现了与依赖昂贵飞秒脉冲激光的传统系统相当的分辨率和组织穿透深度，也可用于精确的光动力治疗，选择性地靶向病变而不损伤周围组织。这项工作发表在《先进材料》上。

生物组织广泛散射光线，使清晰的内部成像变得困难。为了克服这一点，多光子显微镜等技术只关注在焦点附近诱导荧光，过滤掉散射引起的背景噪声。然而，多光子显微技术需要飞秒脉冲激光来提供同时多光子吸收所需的高光子密度，由于成本高，限制了临床和实验室环境中的可及性。

研究小组通过使用上转换纳米粒子（UCNP）规避了这一限制。当通过血流注射到生物组织中时，这些纳米晶体会吸收简单CW激光的光子，并发出紫外（UV）、蓝色或近红外波长的光。

由于它们的非线性光学特性——发射强度取决于激发光强度的平方或立方——只有在光高度集中的区域，如焦点，才会出现明显的荧光。

使用这种方法，研究小组成功地在大约800微米的深度捕获了活体小鼠脑血管的高分辨率3D图像，大约是传统共聚焦显微镜的六倍，与多光子显微镜相当。此外，该系统能够在广阔的视野内以每秒30帧的速度实时可视化血流，说明了其在快速体内血管研究中的潜力。

除了成像，这项技术还允许在浑浊介质中进行深度选择性三维光调制。通过利用仅在焦点处产生的局部荧光，临床医生可以在目标部位精确激活光敏剂，最大限度地减少对周围组织的附带损伤。该团队通过使用UCNP产生的紫外光在组织深度内选择性地激活紫外线响应材料来证明了这一能力。

这一进步为传统的高端显微镜工具提供了一种经济高效的替代方案，提供了高分辨率的深层组织成像和精确的光疗，而不需要昂贵的飞秒激光。当与MRI等现有诊断设备结合使用时，这项技术可以显著增强在临床环境中监测脑血流、代谢反应和其他生理过程的能力。p