Cobolt激光器助力活体皮肤生物力学研究
一项发表于《Biomedical Optics Express》的重要研究成功实现了活体人体皮肤生物力学性质的无创测量，该研究由德国马克斯·普朗克光科学研究所等机构合作完成。论文中，研究人员采用Cobolt公司的Flamenco型号激光器（波长660nm）作为核心光源，结合Brillouin显微镜和光学相干断层扫描（OCT）技术，首次在活体条件下实现了皮肤表皮和真层的深度分辨弹性测量。这一成果不仅推动了皮肤生物力学研究的发展，也彰显了Cobolt激光器在高端生物医学应用中的关键作用。
活体皮肤测量的创新方法
(A) 结合光学相干断层扫描（OCT）进行活体皮肤运动校正生物力学测试的布里渊显微术实验装置示意图。SLD-超辐射发光二极管，BS-光纤分束器，PBS-偏振分束器，DM-二向色镜，QWP与HWP-四分之一波片与半波片。(B) 实验测得的典型A扫描信号与(C) 布里渊光谱。
本研究旨在解决传统皮肤弹性测量技术的局限性。皮肤老化或疾病（如牛皮癣、硬皮病）会影响其力学性质，但现有方法如超声弹性成像或光学相干弹性成像通常需要施加机械应力，且空间分辨率不足，难以分辨薄层皮肤结构（如表皮）。论文创新性地将Brillouin显微镜与OCT结合，实现了一种全光学、非接触式的测量方案。Brillouin光谱技术通过光子-声子散射相互作用来评估样品的粘弹性性质，无需外部机械变形即可获取局部弹性模量，而OCT系统则用于实时跟踪皮肤运动，校正因呼吸或心跳导致的样本位移，确保测量深度准确性。
(A) 在手腕部不同深度测量得到的皮肤布里渊光谱。蓝色曲线对应公式1拟合的I1(ϑ)部分，紫色曲线对应I2(ϑ)部分。(B) 在手腕部测得的2个布里渊峰位及(C) 峰强随深度的变化关系。(D) 在手心部位测量得到的典型皮肤布里渊光谱。(E) 在手心部位测得的布里渊峰位及(F) 峰强随深度的变化关系。
研究团队在活体实验中，志愿者将手腕或手掌置于检测床上，通过激光照射皮肤区域进行测量。整个过程遵循伦理规范，未引起不适或光损伤。关键创新在于使用660nm波长激光替代以往研究中常用的532nm光源，因为更长波长能穿透更深组织，从而同时测量表皮和真皮层。实验数据显示，表皮层的Brillouin光谱出现两个峰值（约7GHz和9-10GHz），而真皮层仅有一个峰值（约6.8GHz），表明表皮比真皮更硬，这与皮肤结构特性一致。通过OCT校正，研究人员成功将Brillouin光谱映射到皮肤深度，分辨率达到24微米，克服了活体测量中的运动干扰。
Cobolt激光器
在实验系统中，Cobolt Flamenco激光器（660nm连续波激光）作为Brillouin成像系统的光源，发挥了核心作用。Cobolt激光器输出线性偏振光，通过保偏光纤和准直器后，形成直径6.7毫米的光束，经偏振分光镜和四分之一波片聚焦到皮肤样本上。激光功率控制在20mW以内，确保安全性和有效性。660nm波长的选择是实验成功的关键因素之一——相比传统532nm光源，660nm光具有更深的组织穿透能力，使研究人员能够首次在活体条件下探测到真皮层（深度可达180微米）的力学性质，而以往研究仅限表皮层。
Cobolt激光器的稳定性和特定波长参数直接支持了Brillouin光谱的获取。例如，激光器提供的连续波输出确保了光谱测量的连续性，而660nm波长减少了皮肤散射损失，提高了信噪比。这使得研究团队能清晰区分表皮的双峰（可能对应活细胞和角质化细胞）和真皮的单峰，结果验证了表皮更硬的已知事实，并提示皮肤水合作用可能影响力学性质。这些发现依赖于激光器的高性能，避免了加热或光损伤风险，体现了Cobolt产品在精密生物医学仪器中的可靠性。
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参考文献《In vivo measurement of the biomechanical properties of human skin with motion-corrected Brillouin microscopy》（Biomedical Optics Express, 2024），https://doi.org/10.1364/BOE.516032