近期，韓國(guó)科學(xué)家開(kāi)發(fā)出世界上首個(gè)超聲誘導(dǎo)激光掃描顯微鏡（ultrasound-induced optical clearing microscopy，US-OCM），該技術(shù)能夠利用超聲波臨時(shí)產(chǎn)生的氣泡對(duì)生物組織進(jìn)行更深入、更詳細(xì)的觀察，有望促進(jìn)生物科學(xué)研究以及臨床實(shí)踐的發(fā)展。相關(guān)研究發(fā)表于最新一期《自然·光子學(xué)》期刊。

超聲誘導(dǎo)激光掃描顯微鏡可進(jìn)行深度組織成像

光學(xué)成像和治療技術(shù)廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)研究和臨床實(shí)踐，但由于生物組織內(nèi)存在光散射現(xiàn)象，使光傳輸率較低，導(dǎo)致組織深部的圖像采集和處理存在固有的局限性，嚴(yán)重阻礙了其廣泛使用。

2017年，大邱慶北科學(xué)技術(shù)院電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系張金昊（音譯）教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)提出了解決方案：使用通常在生物組織暴露于高強(qiáng)度超聲波時(shí)觀察到的微米大小的氣泡。超聲波暫時(shí)產(chǎn)生的氣泡會(huì)導(dǎo)致與入射光傳播方向相同的光散射，因此會(huì)增加光的穿透深度。基于這一原理，研究人員開(kāi)發(fā)出一項(xiàng)技術(shù)，并開(kāi)始著力擴(kuò)大利用超聲波誘導(dǎo)氣泡產(chǎn)生的光學(xué)成像技術(shù)的應(yīng)用范圍。

共焦熒光顯微鏡能有選擇地檢測(cè)在光焦平面上產(chǎn)生的熒光信號(hào)，并提供微型生物組織（如癌細(xì)胞）的高分辨率、高對(duì)比度圖像，成為生命科學(xué)研究領(lǐng)域使用最廣泛的設(shè)備。但由于組織內(nèi)發(fā)生的光散射，當(dāng)深度超過(guò)100微米時(shí)，光的焦點(diǎn)會(huì)變得模糊，嚴(yán)重限制共焦熒光顯微鏡的應(yīng)用和有效性。

為此，聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)借助超聲波技術(shù)，在活組織內(nèi)有密集氣泡（密度為90%或以上）的區(qū)域內(nèi)創(chuàng)建一個(gè)氣泡層，并在獲取圖像時(shí)保持產(chǎn)生的氣泡。在這個(gè)氣泡層中，光子的傳播方向不會(huì)發(fā)生畸變。實(shí)驗(yàn)證明，即使在較深的生物組織中，也可以實(shí)現(xiàn)光聚焦。此外，通過(guò)將這項(xiàng)“超聲誘導(dǎo)組織透明性”技術(shù)應(yīng)用于共焦熒光顯微鏡，他們開(kāi)發(fā)出首個(gè)超聲波誘導(dǎo)光學(xué)清晰顯微鏡，其成像深度是傳統(tǒng)共焦顯微鏡的6倍，且不會(huì)對(duì)生物組織造成任何損傷。

張金昊表示：“本研究獲得的新技術(shù)將應(yīng)用于各種光學(xué)成像技術(shù)，包括多光子顯微鏡和光聲顯微鏡，以及包括光熱療法和光動(dòng)力療法在內(nèi)的幾種光學(xué)療法。”