比睫毛还细的微型成像仪

研究人员开发出一种极其轻薄、灵活的成像设备，有望用于从体内无创获取图像。这项新技术有朝一日可能实现疾病的早期精准检测，为及时有效的治疗方案提供关键信息指导。

卡内基梅隆大学研究团队负责人Maysam Chamanzar表示："与现有由相机和光学镜头构成或采用笨重光纤束的庞大体腔内窥镜不同，我们的微型成像仪结构非常紧凑。该设备厚度比普通睫毛还纤薄，是深入人体深层区域进行检测的理想选择，且不会对组织造成显著损伤。"

研究团队在《生物医学光学快报》期刊中展示了这款微型成像仪的应用潜力。该设备厚度仅7微米（仅为睫毛直径的十分之一），长度约10毫米，可在小鼠大脑中实现脑活动的结构和功能成像。这种薄膜成像仪的宽度可根据所需的视场范围和分辨率进行定制化调整。

Chamanzar进一步指出："通过持续研发，该微型成像仪可实现短期或长期植入式成像，也可搭载于导管对胃肠道、血管等体内部位进行成像监测。此外，还可与外科器械配合使用，为外科医生提供实时视觉反馈，从而提升手术效果并降低术后并发症风险。"

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显微成像仪实验装置

利用生物相容性聚合物

这款微型内窥镜基于柔性光子平台开发，该平台使用具有生物相容性的透明聚合物聚对二甲苯（Parylene）制造波导等光子元件。研究团队最初开发聚对二甲苯光子技术，旨在创建可植入微型设备以实现组织内的靶向光传输。

在最新研究中，研究人员利用聚对二甲苯波导的双向传输特性——既能发射又能探测光线，构建了专门用于组织结构和功能成像的波导阵列。他们设计的微型成像装置中，每个波导两端均配置微型反射镜。

当部分波导发射光线照射组织时，背向散射光被微型反射镜收集，并通过其他独立波导传输至后端。在后端，这些光信号被投射至图像传感器阵列上。通过这种设计，每个波导都能有效传递组织图像的一个像素点。

该内窥镜成像系统的设计者与验证者、博士生M. Hassan Malekoshoaraie表示："我们采用与微电子和微机电系统（MEMS）相似的微尺度制造技术制造这款微型内窥镜，这种技术使得波导和微型反射镜能够根据所需分辨率轻松定制，适用于不同组织的成像需求。"

脑内成像研究

为验证这款微型内窥镜的性能，研究团队首先展示了其对嵌入散射介质中的荧光微球进行成像的能力，从而实现了微球的三维定位。随后，他们利用该设备对表达绿色荧光蛋白的小鼠脑组织进行荧光成像。最终，他们通过基因编码钙离子指示剂标记的小鼠脑组织，实现了功能性神经成像，证明该设备可捕捉神经活动信号。

研究团队神经科学家Vishal Jain表示：“我们将内窥镜获得的功能性光学图像与真实电生理记录数据进行对比验证。成像数据与电生理信号间的高度一致性令人振奋。”

研究人员称，这项研究是朝着“动态神经组织成像”这一终极目标迈出的重要一步。Chamanzar指出：“我们最终希望将神经活动与特定细胞类型的转录特征相关联，这些细胞参与群体神经活动。”

下一步，研究团队计划将光源、图像传感器阵列和滤光片集成至设备后端，开发出完全集成的独立微型成像系统，用于活体应用。未来，该设备或可通过手术植入组织内部，用于肿瘤切除后残余癌细胞的成像监测，或治疗后疾病进展的追踪评估。

相关链接：https://dx.doi.org/10.1364/BOE.558778