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活体多模态CARS成像技术综述

更新时间：2026-07-17 11:23:13 大小：15K 上传用户：江岚查看TA发布的资源 标签：cars 下载积分：2分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

一、CARS成像技术基础原理

相干反斯托克斯拉曼散射（Coherent Anti-Stokes Raman Scattering, CARS）是一种非线性相干拉曼散射光学成像技术，其核心原理基于三阶非线性光学效应，通过两束相干激光与生物分子的相互作用实现分子特异性成像。

当频率分别为ω_p（泵浦光）和ω_s（斯托克斯光）的两束脉冲激光同时聚焦到生物样品上时，若两束光的频率差Δω=ω_p-ω_s与样品分子某一化学键的振动频率Ω匹配，就会发生共振增强的相干反斯托克斯拉曼散射，产生频率为ω_as=2ω_p-ω_s的反斯托克斯信号。与传统自发拉曼散射成像相比，CARS信号具有相干增强特性，信号强度比自发拉曼高几个数量级，能够实现快速成像，很好地满足了活体生物成像对时间分辨率的要求。

CARS成像无需对样品进行荧光标记，避免了标记过程对生物样本活性的影响，也解决了荧光分子光漂白带来的成像时长限制，因此特别适合活体生物样本的长时间动态观测。同时，CARS成像具有固有三维空间分辨能力，能够实现生物组织的深层层析成像，结合近红外激光的光学窗口特性，可以穿透数毫米厚的生物组织，为活体组织成像提供了技术基础。

二、多模态成像融合的必要性

单一CARS成像技术虽然在无标记分子特异性成像方面具有显著优势，但在活体应用中仍存在一定局限：首先，CARS信号仅能提供分子振动信息，无法获取细胞结构、组织形态等其他维度的生物学信息；其次，对于低浓度目标分子，CARS信号灵敏度不足，难以实现精准检测；另外，活体生物环境复杂，单一模态成像容易受到组织散射、背景噪声等因素干扰，成像对比度和准确性难以保证。

多模态成像将CARS成像与其他光学成像技术结合，能够充分发挥不同成像模态的优势，实现信息互补，为活体生物研究提供更全面、更精准的分子和结构信息。目前主流的融合模态包括双光子激发荧光成像（TPEF）、二次谐波产生（SHG）成像、受激拉曼散射（SRS）成像、明场/相差显微镜成像等，不同模态的融合为活体生物学研究提供了多维度的观测手段。

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