撰稿 | 唐江山
通过该团队自主开发的一种信号处理技术，研究人员可以从GHz频率声波中提取纳米级深度空间测量值，同时仍允许在频域中进行布里渊光谱分析。整个装置具有2.5μm光学横向分辨率，并且通过声学可以提供45nm的深度轮廓图精度。
考虑到可以将单个光纤扩展到成千上万的光纤，该设备具有非常大的内窥镜潜能。这样的设备催化了未来声子内窥镜技术的发展，展现了巨大的无标记体内组织学前景。
光学内窥镜被广泛用于生物成像。但是纯光学内窥镜技术的实用性受到某些限制。例如，细胞组织通常表现出较差的光学对比度和特异性，这导致在亚细胞分辨内窥镜检查中，通常需要用荧光标记物对组织进行染色。然而，历史上广泛的成像方式表明，声学本身提供了在生物介质中进行高对比度成像的途径。
与光学技术相比，声学成像由于长期缺乏分辨率而发展缓慢，这主要归因于降低声学波长所需的极端措施。例如：(1)需要缩小压电换能器系统的体积，以及(2)降低液体在声学条件下的声学衰减频率。因此，很长时间，在声学上没有发展出类似光学内窥镜用于细胞分辨的方法。1974年扫描声学显微镜问世之后，在高分辨率的声学领域中最务实的突破是光声技术，即对声学现象的光学检测。在这些技术中，皮秒超声波（PU）和布里渊散射特别受关注。因为它们提供了皮秒的时间分辨率，并且可以通过光学横向分辨率直接读出粘弹性质。时间分辨的布里渊散射增强了这些概念，使得用亚光学波长声子的生物细胞的3D弹性成像成为可能。
尽管在这些领域取得了重大进展，但是全光学超声3D成像光纤的最大可用分辨率约为〜40μm。因此，仍然缺乏实现细胞可分辨的声学内窥镜。
这里，研究人员首次展现了一种基于光纤的超声成像工具，能够用于分辨生物细胞的大小（见图1）。通过使用一种新的信号处理协议，该设备可以从微观物体中同时获取位置与材料信息。该协议可以根据GHz频率声波的飞行时间和振幅衰减来进行空间深度测量（见图2）。
在皮氏培养皿和聚合物微结构上，研究人员展示了这种声学探测无标记和非接触的3D成像性能（见图3）。这种独特的装置具有2.5μm光学横向分辨率和深度轮廓图，并且通过声学提供了45nm的深度轮廓图精度。
图3: (a,d) 扫描聚合物微结构的光学亮场图像。(b,e,h) 光学轮廓揭示了显微结构的高度。(c,f,i) 利用声子探头进行皮秒超声轮廓的三维高度重建。(g) 横截面测量。
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