高時空分辨布里淵顯微鏡研制成功

近日，中國科學院上海光學精密機械研究所研究員楊帆牽頭研制成功國際首臺高時空分辨布里淵顯微鏡。這一系統在保持優異成像質量和高頻譜特異性的前提下，將布里淵顯微成像速度提升了兩個數量級，實現了亞毫秒時間分辨與亞微米空間分辨的力學成像。

細胞和組織的力學性質在功能調控、發育過程和疾病機制中發揮關鍵作用。然而，現有力學檢測技術如原子力顯微鏡和光學相干彈性成像受限于接觸性、淺層成像或空間分辨率不足等問題，難以滿足高精度三維力學成像需求。

近年來，布里淵顯微成像作為新的全光學、非接觸、三維力學成像技術，在力學生物學、眼科與腫瘤診斷等領域展現出潛力。特別是，受激布里淵顯微鏡具備更高的空間和頻譜分辨率，但受限于成像速度，典型單像素時間達20毫秒，制約了動態過程的實時觀測。

為突破上述瓶頸，研究人員開發出一套波長為780nm、峰值功率為267W的高峰值功率、低占空比脈沖光纖激光系統，并結合高抑噪自平衡探測方案實現了超過31dB的噪聲抑制。該系統在30mW平均功率下，實現了每像素僅200微秒的成像速度，領先于現有技術水平。

進一步，科研人員在多個生物樣本上驗證了這一系統的性能。該系統在單細胞、類器官、斑馬魚胚胎及卵泡的成像中，實現了0.49×0.49×2.1 μm³的空間分辨率和7.7 MHz頻移測量精度；在斑馬魚胚胎中觀測到雙布里淵峰，揭示了異質性細胞外基質與腔體中的力學差異；在秀麗隱桿線蟲胚胎發育過程中，實時捕捉到早期細胞分裂中的力學動態變化，展現出時空分辨能力與生物應用潛力。

相關研究成果發表在《自然-光子學》（Nature Photonics）上。研究工作得到國家自然科學基金和中國科學院相關項目的支持。

論文鏈接