电控微纳超透镜拓展光声显微成像深度

在光学显微成像中，如何清晰观察位于不同深度的生物结构一直是一项挑战。高度聚焦的光束虽然能够获得较高的空间分辨率，却会缩小可保持清晰成像的深度范围。

韩国浦项科技大学（POSTECH）研究人员开发出一种基于双焦超透镜的光声显微成像系统，可通过电子控制在不同焦深之间切换。相关研究发表于《Light: Science & Applications》。该系统无须机械移动光学元件，便能对不同深度的血管结构进行成像，为构建更加紧凑、稳定的显微成像设备提供了新方案。

光声显微镜利用激光照射生物组织，使吸收光能的组织产生超声波，并通过检测这些信号形成图像，可用于观察血管等组织结构。但传统光学分辨率光声显微系统的景深有限，难以同时保持不同深度结构的清晰度。

利用光偏振控制成像深度

新系统将双焦超透镜与电控液晶单元结合。双焦超透镜能够根据入射光的偏振状态，在两个不同的轴向位置形成焦点；液晶单元则根据外加电压改变入射光的偏振状态。

通过这一设计，显微镜能够在约0.25秒内完成两个焦点之间的切换，无须重新移动或调整光学组件。

实验结果显示，该系统实现了约1.2毫米的轴向成像范围，在两个焦点位置分别获得3.1微米和3.7微米的横向分辨率。这种电控调焦方式兼顾了成像深度与微米级空间分辨能力。

面向眼科血管成像

为验证系统性能，研究人员对化学性角膜损伤动物模型进行了成像。在一个焦点位置，系统能够清晰显示角膜中新形成的血管；切换至另一个焦点后，则可以观察位于更深区域、靠近虹膜的血管结构。

研究结果表明，该技术有望用于眼科成像，特别是观察与糖尿病视网膜病变等疾病相关的血管异常。

POSTECH的卢俊锡教授表示，通过在超透镜中采用偏振复用技术，可以在不移动光学元件的情况下，使高分辨率光学焦点沿深度方向切换。取消机械运动不仅有助于缩小系统体积、提高稳定性，也为其在生物医学和工业成像平台中的应用提供了可能。

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原文：Voltage-controlled metalens brings new depth to photoacoustic microscopy