江苏激光联盟导读：
在研究肿瘤如何生长或药物如何影响不同类型的细胞时，研究人员必须了解细胞内的分子如何发生反应和相互作用。 现代激光显微镜可以做到这一点。但是，到目前为止，必须使细胞标本中的分子带有荧光物质才能使其可见，这可能会扭曲分子的行为。比勒费尔德大学和香港大学的研究小组已经开发了一种无需标记分子即可工作的激光显微镜。为此，研究人员发明了一种独特的紧凑型光纤激光器，而不是以前使用的固态激光器。新型显微镜在使用时产生的噪音要比常规设计少得多，使因此适合在手术室中使用。研究人员在Springer Nature出版的《Light: Science and Applications》期刊中介绍了他们的创新技术。
比勒费尔德大学生物分子光子学研究小组负责人，生物物理学家Thomas Huser教授表示无标签显微成像目前是生物医学研究中的热门话题。他的团队与香港大学黄启刚教授的研究小组使用光纤激光显微镜。
先进光纤的最新发展为产生高质量的超快激光脉冲创造了新的机遇，并扩大了其应用潜力。包括(1)活性纤维的重掺杂，使得每单位长度的高输出功率能够从一厘米长的活性纤维达到数百毫瓦；(2)双包层光纤的设计，它允许基于经济高效的多模光纤耦合泵浦激光二极管(MMFPLDs)的高效包层泵浦，并产生比纤芯泵浦方案高几个数量级的亮度；(3)光纤啁啾脉冲放大(FCPA)技术，通过消除主要由光纤非线性引起的有害脉冲失真，进一步提高了能量，从而提高了超短激光脉冲的峰值功率；以及(4)多功能混合光纤组件的制造降低了超快光纤激光器的整体复杂性并增强了它们的鲁棒性。通过利用这些先进的光纤技术，研究人员提出了一种新型的高功率、低噪声、自同步双色脉冲光纤激光系统，该系统通过交叉相位调制(XPM)利用相干波长产生(CWG)。
图1. 用于多模态非线性光学显微镜的自同步双色脉冲光纤激光器
图4a-d显示了活的人骨肉瘤（U2OS）细胞（图4a，b）和活的分化原发性成肌细胞（PMD）的CARS和SRS图像（图4c，d）。
图2. 活体人体细胞的CARS和SRS图像
研究人员还对一只2个月大的严重联合免疫缺陷小鼠的组织切片进行了成像。下图显示了使用冷冻切片机在薄玻璃盖玻片上制备的上腔静脉组织横截面的CARS图像和相应的SRS图像。
图3. 小鼠上腔静脉组织冷冻切片的CARS和SRS图像
图4. 小鼠尾标本的SHG成像和肾脏和脑组织切片的双光子荧光成像
为了确保光纤激光显微镜能够很容易地再现，比勒费尔德和香港的研究人员正在研究该装置的原型。这两个小组的合作研究由德国学术交流服务机构（DAD）和香港研究资助委员会（RGC）资助，并将作为欧盟项目的一部分继续实施。
香港研究小组组长黄锦泉表示这项新技术为许多生物医学应用提供了优势，肿瘤的早期检测只是这方面的一个具体例子。他们研究的成功是比勒菲尔德大学和香港大学多年密切合作的结果。生物医学和健康技术的研究让这两所大学走到了一起，尤其是在成像技术方面。
原文链接：DOI:10.1038/s 11377-020-0259-2
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