A causa dei limiti dei metodi di imaging ottico tradizionali nel raggiungere immagini ad alta risoluzione in tessuti biologici fortemente diffusivi, la tecnologia di imaging fotoacustico (PAI), basata sull'effetto fotoacustico, si è affermata come un nuovo strumento di imaging nel campo della ricerca biomedica. Il PAI combina le caratteristiche di elevato contrasto e riconoscimento spettrale dell'imaging ottico con la profonda profondità di penetrazione dell'imaging a ultrasuoni.

La PAI (Photoacoustic Imaging) prevede l'irradiazione dell'oggetto bersaglio con luce laser a impulsi brevi. L'energia luminosa assorbita provoca un aumento locale della temperatura, con conseguente espansione termoelastica e generazione di onde ultrasoniche. Rilevando i segnali ultrasonici, è possibile ricostruire la distribuzione dell'assorbimento della luce nell'oggetto bersaglio, ottenendo un'immagine di profondità dell'oggetto stesso. La PAI può essere suddivisa in tomografia fotoacustica (PAT) e microscopia fotoacustica (PAM). Questa tecnica di imaging si è dimostrata preziosa in diverse applicazioni biomediche, tra cui l'imaging della neovascolarizzazione tumorale, della concentrazione di emoglobina e ossigeno, la diagnosi del cancro al seno e delle placche vulnerabili nei vasi cardiovascolari e cerebrali.

Il laser a microchip subnanosecondi di Reallight

La microscopia fotoacustica (PAM) combina i vantaggi dell'imaging ottico e a ultrasuoni. Come modalità di imaging non invasiva, la PAM è stata utilizzata con successo negli ultimi anni nello studio di cellule, microvasi e tessuti. Quando si utilizzano metodi fotoacustici per l'imaging di tessuti biologici, l'assorbitore primario è il tessuto vascolare, con capillari aventi un diametro minimo di circa 4 μm. Il tempo di confinamento termico è di circa 0,2 ms e il tempo di confinamento pressorio è di circa 1,3 ns. Pertanto, l'utilizzo di laser con larghezza di impulso inferiore a 1,3 ns è fondamentale per prevenire la diffusione termica durante la fase di radiazione ottica. I laser a impulsi brevi con larghezza inferiore a 1,5 ns migliorano efficacemente la risoluzione dell'imaging fotoacustico.

Effetto di imaging microscopico fotoacustico - capillari dell'orecchio del topo (immagine tratta dal riferimento [1])

I laser a femtosecondi su microchip della serie MC prodotti da Reallight hanno diverse larghezze di impulso, tra cui 1,5 ns, 750 ps e 350 ps, ​​soddisfacendo i requisiti di risoluzione del rilevamento fotoacustico. Con frequenze di ripetizione che raggiungono il livello dei kHz, questi laser a femtosecondi su microchip migliorano significativamente l'efficienza del rilevamento fotoacustico, offrendo una scelta ottimale per la microscopia fotoacustica.

Nel giugno 2022, sulla rivista Optics Letters, il team del professor Ma Zhenhe della Facoltà di Ingegneria del Controllo dell'Università del Nord-Est, sede di Qinhuangdao, ha pubblicato un articolo intitolato: "Microscopia fotoacustica senza contatto basata sul contrasto di interferenza spettrale realizzata tramite SDOCT", introducendo un nuovo metodo di rilevamento per la microscopia fotoacustica (PAM), che combina le tecnologie fotoacustica e di tomografia a coerenza ottica (OCT). Il team ha utilizzato un laser a microchip sub-nanosecondi (MCA-532-2.5-060, 532 nm, 1,5 ns, 2,5 kHz, 60 μJ) fornito da Reallight per ottenere immagini nitide dei capillari. Questo approccio innovativo contribuisce all'ulteriore applicazione della tecnologia di imaging fotoacustico in questo campo.

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Riferimenti

Zhenhe Ma,1,2 Ning Ding,3 Zhen Li,1 Keliang Zhu,1 Ang Li,1 Zhanhong Lin,1 Yi Wang,1,2 Yuqian Zhao,1 Yao Yu,1,2 Jingmin Luan,4 Xin Zhu,5 AND Jian Liu1,2,∗, Microscopia fotoacustica senza contatto basata sul contrasto di interferenza spettrale realizzata da SDOCT [J] Optics Lettere,Vol.47,No11/1 giugno 2022