多色自适应光学辅助的受激拉曼散射显微镜技术实现了深层组织的化学成像

《Laser & Photonics Reviews》：Polychromatic Adaptive Optics-Assisted Stimulated Raman Scattering Microscopy Enables Deep Tissue Chemical Imaging

受激发射拉曼显微术（SRS）通过分子振动实现无标记生化成像，但组织中的波长依赖散射会严重劣化图像质量与深度。本研究提出多色自适应光学辅助SRS（PAO-SRS），利用空间光调制器（SLM）独立校正入射束像差，有效解决组织诱导的散射问题，使深层脑组织SRS信号增强3倍，成像深度提升3倍，并实现无机械z扫描的深层三维化学成像。实验验证了PAO-SRS在斑马鱼肝脏区域增强成像分辨率和强度，可揭示饥饿状态下正常与肿瘤肝脏的代谢差异，为深层组织高分辨率三维化学成像提供新方法。

　　

摘要

受激拉曼散射（SRS）显微镜技术通过利用分子振动来揭示细胞和组织的生化组成，从而彻底改变了无标记化学成像的方法。然而，组织中的波长依赖性散射会扭曲激光束的波前，显著降低SRS成像的图像质量和深度。本文介绍了一种独特的多色自适应光学辅助SRS（PAO-SRS）显微镜技术，该技术能够在浑浊样本中实现高灵敏度、高分辨率的深层组织3D成像。通过使用空间光调制器（SLM）独立校正入射SRS光束的像差，PAO-SRS有效解决了由组织引起的波长依赖性散射问题，从而在深层组织区域保持了较高的信噪比。PAO-SRS技术使深部脑组织中的SRS强度提高了约3倍，从而使SRS成像深度增加了3倍。此外，PAO-SRS通过电子控制与每个组织深度对应的像差校正相关的激光焦点轴向位置，实现了无需机械z扫描且无像差的3D化学成像。利用PAO-SRS技术，展示了斑马鱼肝脏区域的成像分辨率和强度的提升，并可视化了活体斑马鱼肝脏的全局代谢变化，揭示了正常肝脏与肿瘤肝脏在饥饿状态下的显著化学差异。PAO-SRS技术在推进深层组织无标记、高分辨率3D化学成像方面具有巨大潜力，为生物医学研究和诊断开辟了新的途径。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。