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香港大学研制出新型致密光纤激光显微镜,用于分析细胞内分子

日前,香港大学与德国比勒费尔德大学的科研团队合作研制出一种新型致密光钎激光显微镜,能为分析细胞内分子及临床应用带来突破。这种新发明的显微镜产生的噪音比传统的设计小得多,紧凑和稳定使它适合在医院的手术室中使用。这项新发明发表在《光:科学与应用》杂志上,由施普林格自然杂志出版。

当研究肿瘤如何生长,或药物如何影响不同类型的细胞时,研究人员必须了解细胞内分子如何反应和相互作用。这在现代荧光显微镜的帮助下是可能实现的。然而,细胞标本中的分子必须用荧光物质进行标记,才能使它们可见,这可能会扭曲分子的行为。此外,荧光标记染色通常不适用于活体组织。

无标签显微成像一直是生物医学研究的热点。新发明的激光显微镜不需要荧光标记来获得细胞分子的清晰图像。相反,具有不同层次特征的细胞分子通过拉曼成像系统被独特地呈现出来。

领导这项研究的Kenneth Wong教授说:“我们使用光纤激光器作为光学显微镜的光源,取代传统的固态激光器,这是一个全新的概念。传统上,激光需要在几米的自由空间放大,所以仪器很大。使用光纤激光器,光通过玻璃纤维放大和传输,仪器设计变得轻便和紧凑。体积只有传统固态激光仪器的八分之一到十分之一。由于仪器的尺寸,它目前的使用范围是有限制的,但在未来这将不再是一个问题。”

Wong教授解释说:“光纤激光器以前并不适合用于显微镜,因为与固态激光器相比,光纤激光器的功率较小,而且噪声很大。为了用他们的显微镜获得分子特异性的成像,研究小组使用了两个同步光学谐振器(激光腔),都有短皮秒脉冲——1皮秒相当于1万亿分之一秒。

德国比勒费尔德大学的生物物理学家Thomas Huser教授说:“其中一个挑战是如何控制激光,使两束不同波长的光束同步,并在完全相同的时间和位置击中标本。”

Huser教授认为,这种新型显微镜很有可能在未来几年的临床应用中得到应用。他们的新型纤维镜已经与当地医院开始进行初步合作研究。Huser教授说:“无标签显微镜不仅可以用来研究不同类型的干细胞是如何从干细胞发展而来的,还可以在不染色的情况下将肿瘤与正常组织区分开来。此外,通过无标签显微镜我们还可以确定药物化合物是如何与心脏、肝脏以及其他细胞的肌肉组织细胞分子发生反应的。”

Wong教授认为这项新科技可应用于许多生物医学领域,如肠子及消化系统的内窥镜检查等,以发现早期肿瘤及病变。Wong教授说:“使用光纤激光器,图像清晰度可以比传统内窥镜提高100倍。它能穿透器官表面,反映深层组织的状况。光源采用无害的红外线可见光,不会影响人体。从长远来看,由于它便携、无标记和无害,它可以用于外科手术,如立即病理检测,在手术中标记肿瘤边界,或在脑部手术中精确标记不同部位以进行精确切割。”

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