华南师范大学邢达教授团队：偏振光光声显微镜

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华南师范大学邢达教授课题组，首次提出偏振光光声显微镜的概念，用于实现定量检测各项异性微观结构的排列有序度。该技术克服了偏振光显微镜载体成像深度受限的局限性，为组织的光学偏振特性测量提供了一个直观、定量的方法及成像策略，有望在材料检测、活体生物组织结构特性检测及早期疾病检测中发挥重要作用。

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在生物医学光学和材料检验领域，偏振光显微镜作为一种检测介质微观特性的无创方法而被广泛应用。利用入射偏振光与介质相互作用的去极化行为，获得其特有的光学性质和结构特征，这种行为对介质亚波长微观结构敏感（如散射粒子的方向和排列）。然而，由于光束在生物组织中多次散射导致极化信号的广泛丢失，以及对组织极化测量结果的难以理解性，偏振光显微镜在生物医学领域中的应用仍然存在挑战。因而，迫切需要开发一种能够实现对深层介质的微观结构进行三维高对比度成像的新技术。

光声成像通过结合光学成像的高选择性和超声成像的深层组织成像优势，已在生物医学领域得到了广泛的研究。传统的光声成像通常假设吸收体是光学各向同性的，从而忽略了激发光偏振特性对光声信号的影响。然而，文献报道表明，生物体内普遍存在光学各向异性吸收体（如弹性纤维蛋白、胶原蛋白、神经纤维等），通过将光声成像技术与线偏振激光激发相结合，将有可能在载体无损的情况下获取组织深层吸收体的光学各向异性特征。本课题组首次提出偏振光光声显微镜的概念，利用斯托克斯矢量描述的方法在理论上构建了表征介质有序度参量的物理模型，并通过利用四束电矢量振动方向不同的线偏振光作为激发源产生光声信号，最终实现了原位深层组织有序度的定量测量。

图1 偏振光光声成像原理示意和实验装置

图2 模拟样品成像验证偏振光光声成像技术

为了进一步证明偏振光光声成像技术在生物组织中的应用，研究人员选择了对偏振光有特异性分辨能力的螳螂虾复眼进行原位成像，成功地分辨出了螳螂虾复眼中的感光细胞层的结构有序度，为将来无损检测深层组织结构特征开辟了新方法。

图3 螳螂虾复眼的偏振光光声三维成像

相关的研究成果以Polarized photoacoustic microscopy for vectorial-absorption-based anisotropy detection为标题发表在Opt ics Let t ers [ 43(21), 5267-5270 (2018)]上。第一作者是华南师范大学研究生张振辉，合作作者为美国俄克拉何马大学电气与计算机工程学院向良忠教授，共同通信作者为石玉娇博士后和邢达教授。华南师范大学生物光子学研究院、激光生命科学教育部重点实验室为第一单位。本课题获得国家自然科学基金、中国博士后科研基金、广东省科技计划项目、广东省高等教育优秀青年教师项目的经费支持。

文章链接：

https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-43-21-5267

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