Die photoakustische Mikroskopie mit optischer{0}}Auflösung (OR-PAM) ermöglicht die markierungsfreie In-vivo-Bildgebung auf zellulärer-Ebene durch optische/akustische konfokale Ausrichtung. Seine Anwendungen in der Bildgebung mit tieferen, schnelleren und breiteren Spektren wurden jedoch lange Zeit durch drei große Herausforderungen eingeschränkt: „teure Lichtquellen, schwache Rotlichtsignale und niedrige akusto{7}optische Kopplungseffizienz.“
Kürzlich stellte das Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology (SIBET) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften ein hochempfindliches multispektrales optisches-auflösendes photoakustisches Mikroskop (MW-OR-PAM) vor. Durch ein dreiteiliges Design, das „Lichtquelle – Sonde – Kontrastverstärkung“ integriert, werden diese Engpässe wirksam behoben:
Entwicklung einer Multi--Wellenlängen-Hochgeschwindigkeits--Schaltlichtquelle. Unter Verwendung der stimulierten Raman-Streuung in einer polarisationserhaltenden Faser wurde ein einzelner 532-nm-Nanosekundenlaser erweitert, um eine abstimmbare Leistung von 532 nm bis 620 nm zu erreichen. Die Wellenlängenumschaltung für die Blutsauerstoffbildgebung erfolgt in<1 µs, with a maximum repetition rate reaching MHz, meeting the demands of high-speed in vivo imaging. Replacing multiple specialized multi-band lasers with a common green pump laser significantly reduces costs.
Entwicklung einer hochempfindlichen photoakustischen Sonde. Ein koaxiales Layout, das einen P(VDF-TrFE)-Film mit einer optischen Linse integriert, ermöglicht eine ko-axiale optische Anregung und photoakustische Detektion. Die photoakustische Sonde erreicht eine numerische Apertur von 0,67, eine Bandbreite von 98,94 % und eine optische Transmission von bis zu 90 %. Unter Beibehaltung der hohen Auflösung werden die Empfindlichkeit und die Spektralabdeckung erheblich verbessert und Kontrast und quantitative Stabilität ausgeglichen.
Einführung des bio-kompatiblen Gewebe-Reinigers Tartrazin (Gelbe Nr.. 5). Dies ermöglicht eine reversible In-vivo-Klärung bei Wellenlängen größer oder gleich 600 nm, wodurch insbesondere das Signal-zu--Rauschverhältnis und die effektive Bildtiefe des Rot--Lichtkanals verbessert werden, wodurch die „Schwäche“ bei der multispektralen Blutsauerstoffquantifizierung behoben wird.
Durch umfangreiche Experimente zeigte das Team, dass MW-OR-PAM eine hochauflösende In-vivo-Gefäßbildgebung, Bildgebung der Blutsauerstoffsättigung und transkranielle Bildgebung des Gehirns ermöglichen kann. Es wird erwartet, dass die MW-OR-PAM-Plattform in Zukunft tiefere, schnellere und genauere multifunktionale Bildgebungsfunktionen in Bereichen wie Hirnforschung, Tumormikroumgebungen, Ischämie-Reperfusion, Stoffwechsel und Arzneimittelwirksamkeitsbewertung bereitstellen und so den Übergang vom Labor zu präklinischen und industriellen Anwendungen fördern wird.
Die entsprechenden Forschungsergebnisse wurden in Photonics Research veröffentlicht. Diese Arbeit wurde vom National Key R&D Program of China, der National Natural Science Foundation of China und Projekten der Chinesischen Akademie der Wissenschaften unterstützt.