The sound of light: Innovative technology shatters the barriers of modern light microscopy
http://www.physorg.com/news165578271.html
June 30th, 2009
在過去，因為光的強烈散射，即使是現代技術都無法在這種深度下產生高解析度的螢光影像。在 Nature Photonics 期刊中，慕尼黑的研究者們描述他們如何藉由「傾聽光」，揭露活體果蠅幼蟲以及魚類體內的遺傳表現。在未來，這種技術也許能使人體內腫瘤或著冠狀動脈血管的檢查更加容易。
自顯微術出現以來，科學家已利用光線詳細檢查薄薄的組織切片，檢查它們健康與否或著研究細胞的機能。然而，這種檢查的穿透力限制介於 0.5 - 1.0 mm 厚的組織。若切片層更厚，光線會強烈散射以致於有用的細節全都變模糊。
Vasilis Ntziachristos 教授，慕尼黑科技大學 Helmholtz Zentrum Munchen（德國的環境健康研究中心）生物學與醫料成像研究所所長，同時也是慕尼黑科技大學生物成像講座，連同他的研究團隊，現在已能突破這種障礙，穿透至少 6 mm 的組織並描繪出三維影像，使成年斑馬魚全身的視覺化成為可能。
為了成就這種功績，Ntziachristos 教授與其團隊使光線「可聽見」。他們利用雷射光的閃爍自多種角度照亮斑馬魚，那些光被魚（經過基因改造）組織中的螢光色素所吸收。
螢光色素會吸收光線，此過程引起輕微的溫度局部增加，那接著導致微小的體積局部膨脹。這件事非常快速地發生，並創造出小型衝擊波。實際上，這種短雷射脈衝引起的超聲波，研究者以超音波麥克風拾音。
然而，這種技術的真正威力在於特別發展的數學公式，那用來分析其所產生的聲學樣式。一部附屬的電腦利用這些公式來評估與詮釋因魚鱗（scales）、肌肉、骨骼與內部臟器所產生的特殊變形，以產生三維影像。
這種「多頻譜光--聲斷層掃描（multi-spectral opto-acoustic tomography，或 MSOT）」的結果是一張惹人注目的、空間解析度比 40 微米還要更好的影像。而且最棒的是，鎮靜的魚醒過來且恢復原狀，不會因這種程序而受到傷害。
Dr. Daniel Razansky，他在這種方法的開發上扮演中樞要角，表示，"這開啟了大門，通往全新的研究領域。生物學家首度能在光學上穿透數毫米到數公分的組織，追蹤器官、細胞功能的發展以及遺傳表現。"
在過去，了解發展或疾病的演化需要犧牲大量動物。當有多種螢光染料色素（a plethora of fluorochrome pigments）可以選擇時 -- 包括在 2008 年獲得諾貝爾獎的螢光蛋白技術所使用的色素以及在臨床上獲得認可的螢光劑 -- 在魚類到老鼠與人類的種種活生物體中，觀察代謝與分子過程，將成為可能。藥物研究的成果也能收成的更快，因為新療法的分子功效能在同樣動物中觀察一段延伸的時間。
生物工程師 Ntziachristos 確信，"MSOT 能真正地革新生醫研究、藥物發現以及健康照護。因為 MSOT 讓組織的光學與螢光造影能深入數公分，它也能成為整個活組織之細胞與亞細胞過程成像的選擇。"
※ 相關報導：
＊ Multispectral opto-acoustic tomography of deep-seated fluorescent proteins in vivo
http://www.nature.com/nphoton/journal/v3/n7/abs/nphoton.2009.98.html
Daniel Razansky, Martin Distel, Claudio Vinegoni, Rui Ma,＊ 超高解析度的螢光顯微術讓你看清細胞結構
Norbert Perrimon, Reinhard W. Koster & Vasilis Ntziachristos
Nature Photonics 3, 412 - 417 (2009)
doi: 10.1038/nphoton.2009.98
＊ 「顯微鏡晶片」-- 光流體顯微鏡
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