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2014年的诺贝尔化学奖授予克服了光学成像中衍射极限限制而将荧光显微成像的分辨率带入到“纳米时代”的三位科学家。受此启发，研究者们在声学领域开发了类似的技术以快速获得精细的超声图像。
从很多方面看，超声波都非常适合用于无创生物医学成像。超声波的产生和探测既简单又廉价，能深入穿透到组织内部而不会造成组织损伤，同时还不会失去其相干性。但由于衍射的存在，传统超声成像——正如传统光学显微镜——的分辨率被限制在约半波长的量级。在波长使用范围为200微米和1毫米之间的临床超声应用中，这个分辨率限制了包括小血管在内的很多重要组织的成像。虽然更短的波长能够获得更好的分辨率，但它们对于组织的穿透能力又不够。 在光学领域，科学家们已经克服了光学成像中长期存在的衍射极限，将荧光显微成像的分辨率带入到“纳米时代”，此项技术也荣膺2014年的诺贝尔化学奖。受此启发，巴黎郎之万研究所（Langevin Institute，隶属于巴黎高等物理化学学院、法国国家健康与医学研究院和法国科学研究中心）的米克尔·坦特（Mickael Tanter）和同事最近开发出一项超分辨超声技术[1]，凭借这项技术，他们获得了老鼠大脑血管的10微米分辨率成像，如图1所示。此项技术运用于人体将有助于检测能导致血液流动模式改变的癌症和其他疾病。 图1. 鼠脑皮质血管的超分辨率超声图像。颜色代表血流速度：深蓝和浅蓝部分展现了朝着头骨方向（向着图片顶端）流动的血液，红色和黄色部分则展现了离开头骨方向的血流。（米克尔·坦特供图） 荧光团和微泡 在传统的荧光显微技术中，研究者利用荧光分子团（简称荧光团）对目标样本进行修饰，荧光团在受到光激发时会发射特定波长的光。每种荧光团都会产生一个受衍射极限限制的光斑，其直径为数百纳米；所有荧光团产生的光斑重叠合并后便会生成一幅低分辨率的影像。 如果来自单个荧光团的光斑能够以某种方式被呈现出来（譬如，让周围的荧光团暂时不发出荧光），其中心——即荧光团所在的位置——就可以被精确定位。2006年的短短几个月里，三个研究小组基于上述原理公布了各自发明的成像技术[2]，这些研究小组的领导者分别为来自珍妮利亚农场研究所（Janelia Farm）的埃里克·白兹格（Eric Betzig）、来自于哈佛大学的庄小威以及来自于缅因大学的塞缪尔·赫斯（Samuel Hess）。他们通过每次激活一组不同荧光团的方式来对样本进行重复成像，进而得到了高分辨率的图像。 |
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