遥感技术为光声显微镜提供了有益的皱纹

香港大学的研究人员表明，与传统的光声成像技术相比，通过光声信号的遥感可以更灵敏地对生物组织进行成像。研究人员展示了一种近红外（NIR）的光声遥感显微镜（PARS）技术，用于脂质的非接触成像。PARS技术实现了宽广的检测带宽、深度穿透和高信噪比的生物样品成像，此外还实现了非接触性的实施。

研究人员说，所开发的显微镜技术可以补充PARS系统的多光谱技术，并为各种生物医学研究提供有用的选择。

传统的光声显微镜（PAM）技术使用超声波传感器来收集光声信号。为了确保有效的信号检测，在换能器和组织样本之间通常会加入水或凝胶，而与水或凝胶的接触会损坏样本。另外，声学传感器的中心响应频率和检测带宽有限，这会降低PAM对宽带信息的敏感性。

PARS不使用传感器来检测声学信号，而是使用激光。这个激光源，与激发光束共焦，作为探测光束。探针光束检测由光声压力引起的弹性光学折射率调制。探针束的反射强度由用户监测，并对相应的光声信号进行分析。

声学信号的全光学检测消除了PARS系统和样品之间的直接接触，有助于保护样品的完整性。此外，由于声学信号是光学感应的，检测带宽可以从超声波换能器转移到光电二极管上。这使得光声信号的宽带检测成为可能，并能提高检测灵敏度和信噪比。

为了建立近红外PARS系统，研究人员使用了一个1.7微米的掺铥光纤激光器作为泵浦光束和一个1.5微米的连续波激光器作为检测光束。检测光束与泵浦光束共焦，以检测最初的超声压力。

研究人员对两种形式的纯脂质样品进行成像，并分析了相应的光声信号的功率谱密度。泵浦光束选择性地刺激了脂质中的C-H键。泵的波长被选择为与C-H键的第一个振动泛音重叠，以应对脂质分子的密集吸收。C-H键在第一个泛音区域的强大吸收效率使得在适度的照射和检测条件下有大约55dB的高信噪比。研究人员发现，通过PARS的光学检测提供了比传统传感器更广泛的频率响应。

研究人员利用PARS的非接触性和近红外区域的深度穿透性，在一个模型生物体和小鼠大脑切片上进行组织尺度的脂质成像。所得到的图像显示出良好的对比度和信噪比，表明PARS可以在组织尺度上提供高性能的成像能力。

"光声遥感显微镜实现了无标签成像，可以针对特定的分子键，" Kenneth K.Y. Wong教授说。"超声波信号的光学检测提供了非接触操作和更广泛的频率响应。同时，光声遥感显微镜显示了在组织尺度上绘制脂质分布图的高性能"。

该研究发表在Advanced Photonics Nexus（www.doi.org/10.1117/1.APN.2.2.026011）上。