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阿德萊德大學(University of Adelaide)的科學家們利用尖端的量子相機技術﹐首次成功安全地捕捉了活體哺乳動物胚胎的影像為臨床體外受精(IVF)和生物成像領域的發展帶來重要支持。該大學「生命之光中心」(Centre of Light for Life)的研究團隊將最新一代能夠在每個像素點精確計數單個光子(光的能量包)的超靈敏相機﹐創新地應用於生命科學研究。
傳統的生物成像技術﹐如螢光顯微鏡﹐雖然強大﹐但在觀察活體樣本時面臨一大挑戰﹕「所需的光照強度往往會對脆弱的細胞(尤其是發育中的胚胎)造成損害﹐影響其正常功能。同時﹐許多細胞內天然化合物在光照下發出的螢光信號又非常微弱﹐難以清晰捕捉。」研究人員指出﹕「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度並結合這些極其靈敏的相機﹐對於理解活體和發育中細胞的生物學至關重要。」。
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為此﹐研究團隊利用量子相機的超高靈敏度﹐在一項臨床前試驗中以極其微弱的光照劑量成功照亮並拍攝了活體小鼠胚胎(處於囊胚階段)的影像。研究人員表示﹕「數位攝影技術已發展到量子力學等基礎物理概念變得重要且相關的程度。」他補充說﹐儘管細胞內化合物能發光提供資訊﹐但「不幸的是﹐信號非常微弱。應用這些量子相機並最大化顯微鏡性能﹐令人興奮。」。
這項發表於《APL Photonics》的研究不僅是將相機裝上顯微鏡。研究團隊還開發了公平比較不同相機在低光下成像品質的方法並探索利用人工智慧(AI)技術來去除因光線不足產生的圖像雜訊。研究人員解釋﹕「這些步驟遠不只是拍照那麼簡單。」這項跨學科的成功得益於光學﹑生物學﹑雷射物理學和顯微技術等多領域專家的通力合作。
這項突破性技術為需要精確﹑無損觀察活體樣本的領域(如臨床IVF中的胚胎篩選)提供了強大的新工具。未來﹐研究團隊計劃進一步探索量子成像領域﹐利用光的量子態來獲取關於樣本更深層次的資訊﹐持續推動生物醫學成像的邊界。