近日，中国科学院深圳先进技术研究院郑炜研究员团队与北京大学施可彬教授团队合作，成功研制出首台短波长（520纳米）激发的双光子显微系统，该系统可用于毛细血管的高分辨率、无标记、无创活体成像，成果论文“In vivo label-free two-photon excitation autofluorescence microscopy of microvasculature using a 520 nm femtosecond fiber laser”发表在Optics Letters期刊上。该期刊是由美国光学学会主办的光学领域知名经典期刊，谷歌学术h5指数：80（在光学与光子学类杂志中排名第三）。
       对微血管网络在其自然环境中的形态评估为理解各种疾病的发生和发展提供了独特的视角，如感染、高血压、糖尿病、缺血和癌症。但是，至今缺乏无需标记物的高分辨率三维成像技术，限制了对微血管的体内研究。以往采用蓝宝石激光器（波长范围：700 -1000纳米）作为光源的普通双光子显微系统在给血管成像时，因为血管自身几乎不发荧光，所以需要提前在血管中注射荧光染料。近年来，我们发现红细胞在可见光飞秒激光激发下可以发出微弱的自发荧光信号。但以往的研究只能依赖蓝宝石激光器和光参量振荡及放大技术或光子晶体光纤（PCF）产生超连续谱这两种方法来获得可见光波段（400-700纳米）的飞秒光。这些方法存在激光器体积大，价格昂贵，结构复杂，易受环境影响等问题。在本项目研究中，吴婷和廖九零（论文并列第一作者）借助北京大学施可彬教授团队自行研制的520纳米高功率飞秒光纤激光器，采用短波长激发和荧光寿命成像相结合的技术，实现了毛细血管的无标记、活体、高分辨成像。整个双光子显微系统横向分辨率达到260纳米，纵向分辨率为1.3微米，在体成像深度可以达到200微米。该设备的研发将为后续血管相关的疾病机理研究与治疗策略探索提供不可替代的重要工具。
       该研究得到了国家自然科学基金、国自然重大研究计划、广东省自然科学基金等项目支持。
       论文链接：DOI: https://doi.org/10.1364/OL.394242

图1.（a）血红细胞和（b）毛细血管的无标记、高分辨成像结果