港大與德國大學研製新激光顯微鏡 或有助未來用於腸道及消化系統内窺鏡檢查

社會 16:54 2020/06/21

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港大與德國比勒費爾德大學合作,利用光纖技術研製嶄新的激光顯微鏡,為活細胞研究與臨床醫學應用帶來突破。(圖片由香港大學提供)

港大與德國比勒費爾德大學合作,利用光纖技術研製嶄新的激光顯微鏡,或可在未來數年內作臨床應用,首先應用於腸道、消化系統等的内窺鏡檢查,用作檢測早期的腫瘤和病變。

研究團隊表示,在活細胞研究中,研究人員利用光學顯微鏡監察腫瘤的生長模式,和藥物例如標靶藥如何影響不同類型的細胞,過程需使用螢光物質標記細胞樣本中的分子,使其發光可見,從而觀察細胞分子對藥物所產生的反應和分子之間的相互影響,惟這些螢光物質本身對細胞分子會造成傷害或干擾分子的行為,也通常不適用於人體活組織研究。

研究團隊指,今次研製的光纖激光顯微鏡,除了無需利用螢光物質標記即可得到細胞分子清晰的影像外,並利用了拉曼成像(Raman Imaging System)的方法,以光譜形式把不同層次特徵的細胞分子特異性呈現。

團隊研發的光纖激光顯微鏡具備高解析度,極高穩定性以及輕便可携等特質,使其適合作前沿的醫療臨床應用。此項嶄新的技術已於《光:科學與應用》期刊中發表。(圖片由香港大學提供)

領導今次研究的港大電機電子工程系教授黃建業解釋:

我們利用光纖激光作為光學顯微鏡的光源,以替代傳統的固態激光,這是嶄新的構思。傳統的方式,激光需在長達數米的自由空間中被放大,因而儀器的體積非常龐大。而光纖激光,光通過玻璃纖維放大並傳輸,儀器設計變得輕巧緊湊,體積只是傳統固態激光儀的八分一到十分之一,目前無法使用的地方,例如手術室,以後都能應用上。

黃建業稱,以往光纖激光並不適合於顯微鏡使用,因為與固體激光相比,光纖激光的功率較低,對主訊號(分子特異性的成像訊息)的傳遞也不夠强,團隊克服了多項艱巨的技術障礙,使用了兩台同步的光學諧振器(激光腔),它們具備短皮秒的脈衝(一皮秒等於一萬億分之一秒),能極大增強主信號的強度。

與港大一同進行研究的德國的比勒費爾德大學生物物理學家湯瑪斯.赫瑟教授說,無標記顯微鏡可用於研究幹細胞如何發展成各種新型細胞,還可以將腫瘤與正常組織分開而不被染色,也可以利用它來確定藥物的化學成份對心臟和肝臟的肌肉組織細胞及其他細胞中的分子所產生反應等,他相信新顯微鏡很有可能在未來幾年內作臨床應用。

左:德國的比勒費爾德大學生物物理學家湯瑪斯.赫瑟教授;右:港大電機電子工程系教授黃建業。(圖片由香港大學提供)

黃建業認為,新技術將廣泛應用在生物醫學上,首先應用於腸道、消化系統等的内窺鏡檢查,用作檢測早期的腫瘤和病變:

利用光纖激光成形,影像的清晰度可比傳統内窺鏡高100倍,更能穿透器官表層,反射較深層組織的狀況,而光源是利用無害的紅外綫可見光,不會對人體構成影響。長遠來説,由於它具備便携、無標記和無害的特質,臨床應用於外科手術中,除了可即時作病理檢測,還能標記腫瘤邊界,在腦科手術精確標示不同的部位等,方便作更精準的切割。

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記者:陳曉瑩