江蘇雷射聯盟導讀：
在研究腫瘤如何生長或藥物如何影響不同類型的細胞時，研究人員必須了解細胞內的分子如何發生反應和相互作用。 現代雷射顯微鏡可以做到這一點。但是，到目前為止，必須使細胞標本中的分子帶有螢光物質才能使其可見，這可能會扭曲分子的行為。比勒費爾德大學和香港大學的研究小組已經開發了一種無需標記分子即可工作的雷射顯微鏡。為此，研究人員發明了一種獨特的緊湊型光纖雷射器，而不是以前使用的固態雷射器。新型顯微鏡在使用時產生的噪音要比常規設計少得多，使因此適合在手術室中使用。研究人員在Springer Nature出版的《Light: Science and Applications》期刊中介紹了他們的創新技術。
光纖顯微鏡，該設備的未來版本將被製造得足夠小以便於攜帶。圖片來源：比勒費爾德大學
比勒費爾德大學生物分子光子學研究小組負責人，生物物理學家Thomas Huser教授表示無標籤顯微成像目前是生物醫學研究中的熱門話題。他的團隊與香港大學黃啟剛教授的研究小組使用光纖雷射顯微鏡。
先進光纖的最新發展為產生高質量的超快雷射脈衝創造了新的機遇，並擴大了其應用潛力。包括(1)活性纖維的重摻雜，使得每單位長度的高輸出功率能夠從一釐米長的活性纖維達到數百毫瓦；(2)雙包層光纖的設計，它允許基於經濟高效的多模光纖耦合泵浦雷射二極體(MMFPLDs)的高效包層泵浦，並產生比纖芯泵浦方案高几個數量級的亮度；(3)光纖啁啾脈衝放大(FCPA)技術，通過消除主要由光纖非線性引起的有害脈衝失真，進一步提高了能量，從而提高了超短雷射脈衝的峰值功率；以及(4)多功能混合光纖組件的製造降低了超快光纖雷射器的整體複雜性並增強了它們的魯棒性。通過利用這些先進的光纖技術，研究人員提出了一種新型的高功率、低噪聲、自同步雙色脈衝光纖雷射系統，該系統通過交叉相位調製(XPM)利用相干波長產生(CWG)。
圖1. 用於多模態非線性光學顯微鏡的自同步雙色脈衝光纖雷射器
圖4a-d顯示了活的人骨肉瘤（U2OS）細胞（圖4a，b）和活的分化原發性成肌細胞（PMD）的CARS和SRS圖像（圖4c，d）。
圖2. 活體人體細胞的CARS和SRS圖像
研究人員還對一隻2個月大的嚴重聯合免疫缺陷小鼠的組織切片進行了成像。下圖顯示了使用冷凍切片機在薄玻璃蓋玻片上製備的上腔靜脈組織橫截面的CARS圖像和相應的SRS圖像。
圖3. 小鼠上腔靜脈組織冷凍切片的CARS和SRS圖像
圖4. 小鼠尾標本的SHG成像和腎臟和腦組織切片的雙光子螢光成像
為了確保光纖雷射顯微鏡能夠很容易地再現，比勒費爾德和香港的研究人員正在研究該裝置的原型。這兩個小組的合作研究由德國學術交流服務機構（DAD）和香港研究資助委員會（RGC）資助，並將作為歐盟項目的一部分繼續實施。
香港研究小組組長黃錦泉表示這項新技術為許多生物醫學應用提供了優勢，腫瘤的早期檢測只是這方面的一個具體例子。他們研究的成功是比勒菲爾德大學和香港大學多年密切合作的結果。生物醫學和健康技術的研究讓這兩所大學走到了一起，尤其是在成像技術方面。
原文連結：DOI:10.1038/s 11377-020-0259-2