图形抽象。来源：光声学（2024）。[DOI: 10.1016/j.pacs.2024.100663]诺丁汉大学的一项超声波技术可以在活细胞内产生更清晰的图像，而不会造成以前无法达到的分辨率的损害。

自工程学院的一个光学和光子学研究团队，正在研究一种新型观察技术，它能帮助我们看到非常微小的结构，比如单个细胞，而这种清晰度是普通光学显微镜做不到的，同时也不会对这些微小结构造成伤害。这项研究成果被发表在了《光声学》杂志上。

这项新技术的一个应用实例是测量癌细胞的硬度，而且是在单个细胞的层面上进行的。这可能会为癌症的早期诊断带来全新的方法。

那么，这项新技术是怎么工作的呢？简单来说，它利用声波穿过物体来生成详细的图像。为了做到这一点，由诺丁汉大学的姚梦婷博士带领的研究小组开发了一种叫做“声子显微镜”的技术。这种技术依赖于超快激光产生的微小声波，这些声波的频率非常高，达到了千兆赫级别（也就是10的9次方赫兹，是正常医用超声频率的1000倍）。

然而，这些声波有一个问题，就是它们不能自然地聚焦，这会影响图像的清晰度。为了解决这个问题，研究团队正在开发一种特殊的光声透镜。这种透镜可以把声波聚焦成三维的形式，从而生成更清晰的图像。这些透镜的一些特征尺寸小到了100纳米，这意味着它们可以产生以前无法达到的高分辨率图像，而且整个过程都不会对观察对象造成任何损害。

实验线扫描结果在一个凹透镜。来源：光声学（2024）。[DOI: 10.1016/j.pacs.2024.100663]姚博士说：“声学在实现微观甚至纳米尺度的高分辨率成像方面前景广阔。然而，产生和探测波长与光相当的声波，从而实现等效的分辨率，已经提出了重大的技术挑战。

扫描声学显微镜（SAM），这是一种40年前在斯坦福大学诞生的技术，现在已经广泛应用于很多领域，展示了声学在高清晰度成像方面的强大能力，包括对生物细胞的研究，尽管还只是概念验证阶段。但遗憾的是，它需要在低温下冷冻样品，这就限制了它在研究活体生物系统中的应用。

而现在，我们的新技术与新开发的光声透镜联手，能够突破这个限制，对活细胞里的亚细胞成分进行三维成像。这意味着我们可以更深入地了解活细胞内部的结构和功能。

这项技术的突破，将让生物学家们有机会实时、动态地观察细胞周期的变化、癌细胞的进展，以及药物在细胞内的效果等过程。这就像是给了生物学家们一双透视眼，让他们能够更清楚地看到细胞内部的运作机制。

这项技术能够提供单细胞水平的细胞行为洞察，这对于癌症生物学、药物开发和再生医学等领域的研究来说，无疑是一个巨大的推动。工程学院的研究员Sal La Cavera III表示，开发一种性能与光学显微镜相当甚至超越的“声学显微镜”，一直是显微镜学领域的梦想。而传统的光学显微镜虽然分辨率高，但通常需要使用可能有毒的荧光标记和化学染色剂，或者可能有害的光波（如紫外线）。相比之下，声学显微镜则避免了这些问题，因为它对样本的伤害非常小（声波传递给样本的能量比可见光波少了10万倍），而且更重要的是，它还能提供样本的力学信息。

姚博士的光声透镜技术，就是第一个能够实现这些优势的实际解决方案。它能够在纳米尺度上检测生物力学特性，这是非常有用的，因为最新的科学研究发现，很多疾病都是由细胞尺度上的力学变化所引起的。比如，癌细胞的硬度就与正常细胞不同，而这种差异可能正是癌症发展的关键线索。