通过相位调制增强 3D 化学成像
3D 成像极大地帮助了理解复杂的生物和生物医学系统，它提供了比传统二维方法更详细的信息。然而，由于成像速度有限和浑浊环境中的显着散射等因素，活细胞和组织成像仍然具有挑战性。
在这种情况下，多模态显微镜技术值得注意。具体来说，CRS(相干拉曼散射)等非线性技术使用光学振动光谱，以无标记的方式提供组织和细胞中的精确化学成像。
此外，受激拉曼散射(SRS)显微镜(一种CRS方法)由于受激拉曼强度与目标分子浓度之间的线性关系，可以准确捕获生物分子的图像。它具有高灵敏度，并且不受不需要的非共振背景的干扰。
在最近发表在《Advanced Photonics》上的一项研究中，新加坡国立大学设计与工程学院生物医学工程系光学生物成像实验室主任黄志伟教授与他的团队合作开发了一种称为相位-调制受激拉曼散射断层扫描 (PM-SRST)，用于细胞和组织的无标记 3D 化学成像。
Huang 表示：“我们开发的这种方法可以直接获取空间域中的 3D 样本信息，而无需进行后处理程序。我们还展示了 PM-SRST 技术在提高横向分辨率和成像方面的实用性。生物组织SRS 3D成像的深度。"
在这种方法中，SRS 方法中的常规“泵浦”光束被称为贝塞尔光束的专用光束取代。另一束光束(聚焦斯托克斯光束)的位置由一种称为空间光调制器的装置沿着样品中的贝塞尔泵浦光束进行控制，以进行机械无扫描 z 切片。
此外，通过将贝塞尔泵浦光束与更长波长的斯托克斯光束相结合，PM-SRST 处理散射的能力得到提高，从而可以在更深的组织区域捕获快速且详细的图像。
该方法的有效性通过实验证明了对不同样品的快速无标记体积化学成像。其中包括实时监测水中聚合物珠的3D布朗运动、观察植物根部氧化氘(D 2 O)的扩散和吸收过程以及研究乳腺癌细胞对乙酸的生化反应。
此外，将 PM-SRST 的光穿透深度与传统 SRS 成像的光穿透深度进行了比较。在 PM-SRST 中，来自较深组织区域的信号明显强于 C-SRS，导致成像深度大约提高两倍。
Huang 指出：“PM-SRST 中的无 z 扫描光学切片特性是通用的，可以轻松扩展到其他成像模式。例如，当前的系统可以轻松适应相干反斯托克斯拉曼散射 (CARS)断层扫描，并且通过单独利用泵浦或斯托克斯光束，可以简化 PM-SRST 技术，以促进二次或三次谐波生成断层扫描、多光子断层扫描或荧光断层扫描。”
PM-SRST 技术能够进行快速、无标记的 3D 化学成像，可用于研究活细胞和组织内与药物输送和治疗相关的代谢活动和功能动态过程。