使用飞秒激光对细胞和组织进行成像的一个问题是，由于所采用的激光脉冲的加热效应，可能会对被检查的脆弱生命系统造成光损伤。
非线性技术为研究人员提供了一些自由来解决这个问题，并且以巧妙的方式。
一个例子是法国巴黎综合理工学院 2023 年的项目，该项目研究双光子显微镜如何减少光损伤，同时允许具有更长波长激发的更深层次成像。这表明，同样的原则可以进一步扩展到三阶原则，带来额外的好处。
但是，超快激光照射对体内细胞活力的直接机制和影响在很大程度上仍未得到研究，尽管这是无标记和多模态显微镜方法的重要考虑因素。
马克斯·普朗克光科学研究所(MPL)和马克斯·普朗克物理与医学中心(MPZPM)的一个项目现在已经研究了由飞秒激发脉冲触发的细胞水平上斑马鱼组织中的光损伤机制。研究结果发表在《通信物理学》上。
“不同光损伤机制的动力学如何在飞秒脉冲光谱中展开，特别是在近红外(NIR)波长下，”该项目问道。“近红外高峰值强度下的光损伤背后的动力学是什么，激光脉冲的重复率是否会影响驱动机制?”
MPL评论说，为了成功实施尖端的非线性显微镜技术，需要更好地掌握这些问题，以便在医疗应用中用于深层组织，体内使用，并补充说，“全面了解成像系统的非侵入性，最佳操作参数和限制至关重要。
未来显微镜技术的重要发现
该团队在各种照射设置下将精确靶向飞秒激光脉冲应用于斑马鱼幼虫的中枢神经系统。随着时间的推移，观察到由脉冲-组织相互作用产生的不同细胞动力学，重点是 神经细胞，并测量巨噬细胞和成纤维细胞的反应性，根据该团队发表的论文。
通过组织完整性的丧失以及通过荧光标记监测特定的神经元和细胞类型来评估短期损伤。通过观察彻底的细胞死亡和动物免疫系统的反应来研究长期损伤。
结果表明，在低重复率下，由于等离子体烧蚀和局部温度突然升高，损伤相对有限。在高重复率下，由于等离子体介导的光化学，损伤成为附带物。
“我们证明，当被1030纳米的飞秒脉冲照射时，斑马鱼的中枢神经系统损伤在低密度等离子体形成所需的极端峰值强度下突然发生，”MPL的Soyeon Jun说。
“只要峰值强度低于低等离子体密度阈值，这就可以在1030nm的照射期间无创地增加成像停留时间和光子通量。这对于非线性无标记显微镜至关重要。
这些结果应该为MPL正在开发的新的非线性成像技术提供指南，包括飞秒场镜，这是一种新型计量学，其中分子被超短脉冲激发，然后直接测量包含分子信息的透射光的复杂电场。
“这些发现极大地促进了深层组织成像技术和创新显微镜技术的进步，如飞秒场镜检查，在我的团队中正在开发，”MPL的Hanieh Fattahi评论道。“这种技术可以捕获具有阿秒时间分辨率的高空间分辨率、无标记图像。”
