新容积化学成像技术有望实现非侵入性早期疾病诊断
近日，来自中国西安电子科技大学生物光学成像研究组的研究人员通过研究开发了一种全新的成像技术：受激拉曼投影显微和断层成像术(Stimulated Raman projection microscopy and tomography)；这一技术结合了受激拉曼散射显微成像免标记以及贝塞尔光束穿透深的优点，使得在不采用荧光标记情况下的三维容积成像成为可能。相关成果以“Volumetric Chemical Imaging by Stimulated Raman Projection Microscopy and Tomography”为题发表在近日的国际杂志Nature Communications上。
基于受激拉曼散射现象的容积成像模态。(a) 基于已有高斯光束受激拉曼显微镜的层析成像方法；(b) 基于贝塞尔光束的受激拉曼投影显微成像方法；(c) 基于贝塞尔光束的受激拉曼投影断层成像方法。
受激拉曼投影成像利用一对贝塞尔光束代替传统受激拉曼散射显微镜中的高斯光束作为激发源照射样品。相比于高斯光束，贝塞尔光束可以在较长的一段距离内保持聚焦状态，因此可以在一段细长的圆柱聚焦体积内(直径：亚微米-微米，长度：几百微米-毫米)产生受激拉曼信号。通过在样本后收集受激拉曼信号沿光束传播方向的累积信号，同时结合二维平面扫描技术、断层成像技术和样本旋转技术，该研究团队建立了受激拉曼投影显微和断层成像方法，可快速地定量三维体积内的化学成分及其分布信息。
“三维容积化学成像能够让人们更好地理解复杂三维生物系统中的化学组分，”论文的第一作者，西安电子科技大学的陈雪利博士说，“这种技术利用一种称为贝塞尔光束的特殊光束，这种光束能够比用于其他成像技术中的传统高斯光束提供更长的聚焦长度，使得其更容易穿透深层组织。受激拉曼投影成像避免使用荧光染料，同时能够产生更准确的数据，因为它可以直接对整个体积进行成像，而不是通过深度扫描进行信号叠加。”
“得益于贝塞尔光束的长聚焦距离和焦点自我修复特性，受激拉曼投影成像技术更适合于深度组织成像，在大尺度样本成像中具有优越的定量能力和快速的三维成像能力。”论文通讯作者，美国普渡大学的程继新教授补充道，“这一技术有望突破已有显微成像技术在样本尺度上的瓶颈，在研究细胞新陈代谢、脑功能、发育生物学等领域具有重要应用价值，有望实现避免采集血液样本进行药物测试或靶标筛选，从而实现非侵入式的早期疾病诊断。”
