直擊生命起點，量子相機(jī)安全捕捉首張哺乳動物胚胎形象

阿德萊德大學(xué)（University of Adelaide）的科學(xué)家們利用尖端的量子相機(jī)技術(shù)，首次成功安全地捕捉了活體哺乳動物胚胎的形象，為臨床體外受精（IVF）和生物成像領(lǐng)域的發(fā)展帶來重要支持。該大學(xué)“生命之光中心”（Centre of Light for Life）的研究團(tuán)隊，將最新一代能夠在每個像素點精確計數(shù)單個光子（光的能量包）的超靈敏相機(jī)，創(chuàng)新地應(yīng)用于生命科學(xué)研究。

傳統(tǒng)的生物成像技術(shù)，如熒光顯微鏡，雖然強(qiáng)大，但在觀察活體樣本時面臨一大挑戰(zhàn)：所需的光照強(qiáng)度往往會對脆弱的細(xì)胞（尤其是發(fā)育中的胚胎）造成損害，影響其正常功能。同時，許多細(xì)胞內(nèi)天然化合物在光照下發(fā)出的熒光信號又非常微弱，難以清晰捕捉。中心主任Kishan Dholakia教授指出：“光照造成的損害是個容易被忽視的實際問題。使用盡可能低的光照強(qiáng)度，并結(jié)合這些極其靈敏的相機(jī)，對于理解活體和發(fā)育中細(xì)胞的生物學(xué)至關(guān)重要?！?/p>

為此，研究團(tuán)隊利用量子相機(jī)的超高靈敏度，在一項臨床前試驗中，以極其微弱的光照劑量成功照亮并拍攝了活體小鼠胚胎（處于囊胚階段）的形象。主要作者、博士生Zane Peterkovic表示：“數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)已發(fā)展到量子力學(xué)等基礎(chǔ)物理概念變得重要且相關(guān)的程度。”他補(bǔ)充說，盡管細(xì)胞內(nèi)化合物能發(fā)光提供資訊，但“不幸的是，信號非常微弱。應(yīng)用這些量子相機(jī)并最大化顯微鏡性能，令人興奮。”

經(jīng)優(yōu)化捕捉與未經(jīng)優(yōu)化捕捉的活體小鼠胚胎形象。（Source：阿德萊德大學(xué)）

這項發(fā)表在《APL Photonics》的研究，不僅是將相機(jī)裝上顯微鏡。團(tuán)隊還開發(fā)了公平比較不同相機(jī)在低光下成像品質(zhì)的方法，并探索利用人工智能（AI）技術(shù)來去除因光線不足產(chǎn)生的圖像噪聲。Peterkovic解釋：“這些步驟遠(yuǎn)不只是拍照那么簡單?！边@項跨學(xué)科的成功得益于光學(xué)、生物學(xué)、激光物理學(xué)和顯微技術(shù)等多領(lǐng)域?qū)＜业耐献鳌?/p>

這項突破性技術(shù)為需要精確、無損觀察活體樣本的領(lǐng)域（如臨床IVF中的胚胎篩選）提供了強(qiáng)大的新工具。未來，研究團(tuán)隊計劃進(jìn)一步探索量子成像領(lǐng)域，利用光的量子態(tài)來獲取關(guān)于樣本更深層次的資訊，持續(xù)推動生物醫(yī)學(xué)成像的邊界。

（首圖為胚胎示意圖，來源：pixabay）

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