Discoverer生物型布里渊显微镜——技术展望与未来方向

Discoverer生物型布里渊显微镜——技术展望与未来方向

自二十年前布里渊显微镜被首次应用于生物医学领域以来，这项技术已经从物理实验室的“自制装置”，逐步发展为生命科学研究中极具潜力的力学成像工具。随着CellSense Discoverer™等商用化系统的推出，布里渊显微镜正进入一个全新的发展阶段——从“能用”走向“好用”，从“实验室”走向“临床”。世联博研（北京）科技有限公司是该产品的核心合作伙伴。

一、成像速度与通量的革命性提升

成像速度曾是制约布里渊显微镜广泛应用的核心瓶颈之一。传统的布里渊显微镜逐点扫描方式耗时较长，难以捕捉快速的生物动态过程。2025年，欧洲分子生物学实验室（EMBL）的研究人员在布里渊显微镜技术成像领域取得了重大突破，使布里渊显微镜的速度和通量提高了1000倍，为探索生命科学提供了有力工具。中国科学院上海光机所也刷新了高时空分辨布里渊显微成像的世界纪录，展现了其出色的时空分辨能力与生物应用潜力。这一进步使布里渊显微镜的成像速度向荧光共聚焦显微镜迈进了一大步。此外，2025年发表于预印本平台的研究展示了脉冲外差布里渊检测技术，实现了比现有最先进布里渊显微镜快十倍的成像速度。成像速度的提升，使研究者能够实时追踪细胞动态过程，为药物筛选、发育生物学等需要高时间分辨率的应用场景打开了新的大门。

二、从“定性”到“定量”：标准化进程加速

长期以来，不同实验室搭建的自制布里渊显微镜系统在硬件配置、数据处理方法上存在显著差异，导致不同研究团队之间的数据难以直接比较——这是制约该领域发展的关键瓶颈。2025年7月，国际学术共同体在《Nature Photonics》上发表了题为《Consensus statement on Brillouin light scattering microscopy of biological materials》的共识声明，首次对布里渊显微镜在生物材料研究中的测量方法、数据解读和报告标准达成了共识。这一里程碑式的工作，为全球布里渊显微镜数据的校准与跨实验室比较奠定了基础。标准化进程的加速，意味着布里渊显微镜正从一项“前沿探索技术”转变为“标准化测量工具”。

三、人工智能与智能数据处理

布里渊散射光谱的解析涉及复杂的物理模型和数据处理流程。2025年发表于MDPI的综述论文系统梳理了布里渊显微镜光谱信息处理技术的进展，指出深度学习等智能处理技术以及多模态数据融合是未来的发展趋势。人工智能方法的引入，有望实现从原始光谱到力学参数的快速、准确提取，并为自动化诊断提供技术支撑。随着AI算法的不断成熟，布里渊显微镜的数据分析将从“人工经验驱动”走向“智能算法驱动”。

四、多模态融合：从单一成像到综合表征

Discoverer™系统已实现与明场、相差、DIC、荧光以及共聚焦显微镜的无缝结合。未来，布里渊显微镜与拉曼光谱、二次谐波生成（SHG）、双光子激发荧光（TPEF）等多种光学模态的融合将成为重要方向。通过在同一平台上同步获取样本的力学、化学、结构和功能信息，研究者有望获得对生物系统更全面的理解。从“单一力学成像”到“多模态综合表征”的跨越，将使布里渊显微镜在肿瘤学、发育生物学、再生医学等领域的应用价值大幅提升。

五、从基础研究到临床转化

布里渊显微镜的临床应用正在加速推进。

眼科领域：布里渊显微镜已被用于角膜的生物力学特性评估。人眼角膜和巩膜的布里渊光散射测量表明，该技术可提供与角膜交联治疗效果相关的力学信息。在圆锥角膜等疾病的早期诊断中，布里渊显微镜有望成为常规检测工具。

肿瘤学：布里渊显微镜已被证明可用于区分健康与病变组织。癌症的早期诊断和筛查是该技术最有前景的应用方向之一。

其他疾病：从癌症和神经退行性疾病到COVID-19，布里渊显微镜正在为多种疾病的早期诊断开辟新视角。

随着更多临床验证数据的积累和标准化方案的完善，布里渊显微镜有望从“科研工具”发展为“临床诊断工具”。

特征与好处

            特征                                                                                     好处

成像速度提升1000倍                                                                     实时追踪细胞动态过程，适用于药物筛选、发育生物学等场景

国际共识标准发布（Nature Photonics, 2025）                             全球数据可校准、可比较，从“前沿技术”走向“标准工具”

AI与深度学习引入光谱分析                                                             从原始光谱到力学参数的快速自动提取，支撑自动化诊断

多模态融合（拉曼、SHG、TPEF）                                                     同步获取力学、化学、结构信息，实现综合表征

临床转化加速（眼科、肿瘤早筛）                                                     从科研工具拓展为临床诊断工具