布里渊光散射
光学生物力学传感
生命的光学触感：通过三维布里渊成像揭示生物力学框架
布里渊显微成像是一种全光学技术，可在亚微米分辨率下测量生物样本的三维力学特性，无需物理接触。与传统的接触式扰动探测方法不同，布里渊显微成像能够在活细胞和组织的亚细胞水平揭示局部生物力学异质性。布里渊显微成像能够以完全无标记、非侵入性的方式绘制细胞内刚度与粘度的分布图谱。
布里渊光散射的工作原理
物理机制
布里渊光散射是光（光子）与材料中自然传播的密度（声波）发生非弹性散射的现象（声子散射）。
力学特征谱
系统架构
激光束（红线）聚焦于样品上，背向散射光（橙线）由同一物镜收集，并通过高分辨率光谱仪进行分析。通过在样品平面上扫描激光束，可以逐点分析其布里渊散射光谱，从而实现对样品粘弹性特性的完整表征。
乳腺癌类球体（MCF10DCIS.com 细胞）：多模态视角
样品提供：Giorgio Scita 教授，IFOM Milano，意大利。
布里渊光散射在生命科学中的核心优势
- 100% 非接触式：无需探针、无需微珠，对样品零扰动。
- 无标记：无需外源性染料，保持样品的生理状态。
- 亚微米三维分辨率：深入细胞核、类器官及胚胎内部，以亚细胞分辨率绘制粘弹性特性分布。
- 对活样品温和：采用780 nm激发光，最大限度降低光毒性，非常适合活体布里渊成像。
- 灵活集成：兼容标准显微镜架；与荧光转盘共聚焦技术结合时，可实现精细Z轴关联成像。
关联成像：布里渊 + 转盘共聚焦
结构告诉您是什么。力学告诉您如何运作。
通过将布里渊光谱与转盘共聚焦技术相结合，您可以获得生物样本的全面视角。这种关联成像方法架起了物理特性与结构组织之间的桥梁。它使您能够直接将力学特征（如刚度和粘度）与形态学特征及细胞功能相关联。以绝对的亚微米精度，在三维空间中绘制这一复杂的生物框架。
关联成像工作流程。
对表达GFP标记G3BP1生物分子凝聚体的活体SK-N-BE细胞进行布里渊显微成像。共聚焦荧光图谱（蓝色：细胞核，绿色：聚集体）使用CrestOptics X-Light V3 转盘共聚焦在Nikon Ti2上采集。布里渊频移图谱。比例尺10 μm。改编自：Testi, C., Pontecorvo, E., Bartoli, C. 等。稳定化实时布里渊显微成像揭示活细胞中蛋白质凝聚体的分形组织。Nat Commun (2026)。https://doi.org/10.1038/s41467-026-68984-2
布里渊光散射与转盘共聚焦显微成像的结合，为推进力学生物学研究提供了富有前景的方向。这种方法能够在活体测量细胞力学特性的同时，实现细胞结构的可视化。尽管在技术实现和概念整合上具有挑战性，但这种融合创造了探索力与力学信号如何影响细胞行为及决策过程的机会。展望未来，关键挑战在于进一步完善这些方法，并严格评估它们在解析力学与生物功能之间复杂相互作用方面的能力。
破解不可能
布里渊洞察
由于力学特性在肿瘤进展、干细胞分化及组织形态发生等生物过程中发挥着核心作用，布里渊显微成像正在成为现代力学生物学及活细胞生物物理学各领域中一种强大的非侵入性工具。
以下，我们重点介绍从布里渊成像中获益的关键应用。
布里渊光散射的关键应用
LLPS & LSPT in Neurodegenerative Diseases
神经退行性疾病中的液-液相分离与液-固相转变
布里渊显微成像支持液-液相分离（LLPS）与液-固相转变（LSPT）的研究，能够以非侵入性方式表征无膜细胞器及其病理转化：
在无外部扰动的情况下，识别无膜细胞器在天然活体状态下的物理状态。
基于其独特的布里渊特征谱，以无标记方式区分生理性液体凝聚体与病理性聚集体。
活体SK-N-BE细胞的布里渊与共聚焦显微成像。
表达不同GFP标记生物分子凝聚体的SK-N-BE细胞。该图重点展示了表达TDP-43²²⁰（TAR DNA结合蛋白43）的细胞，已知该蛋白与ALS（肌萎缩侧索硬化症）病理性聚集体的形成相关。图像将共聚焦荧光图谱（蓝色：细胞核，绿色：聚集体，通过Nikon Ti2上的X-Light V3采集）与无标记布里渊频移图谱相结合，以揭示局部力学特性。成像参数：60x 1.42 NA物镜。比例尺：5 μm。ARS = 亚砷酸盐。
改编自：Testi, C., Pontecorvo, E., Bartoli, C. 等。稳定化实时布里渊显微成像揭示活细胞中蛋白质凝聚体的分形组织。Nat Commun (2026)。https://doi.org/10.1038/s41467-026-68984-2
Nuclear Mechanobiology
细胞核力学生物学
布里渊成像揭示了细胞核内不同区域的力学特性如何变化，并影响细胞过程：
在细胞原位绘制细胞核的纵向模量图谱，并量化区域力学差异。
评估不同核区室（核仁、核质、异染色质焦点）对整体细胞核力学的贡献。
研究细胞核形变如何影响力学特性及细胞行为。
理解转移进展、细胞迁移及细胞命运决定背后的力学特征。
脂肪干细胞的纯光学Z轴层切。
脂肪干细胞（ASC）的关联三维成像。该图将共聚焦荧光图谱（绿色：核仁，通过Nikon Ti2上的X-Light V3采集）与无标记布里渊频移图谱相结合。
如图所示，高分辨率荧光图像可无缝用于在布里渊图像上叠加结构掩膜，从而实现形态学与力学特性之间的精确关联。成像参数：60x 1.42 NA物镜。比例尺：5 μm。样品提供：Carlo Natale 博士，那不勒斯费德里科二世大学，意大利。
延伸阅读：关于布里渊技术成功应用于生物分子凝聚体及细胞核力学应力研究的更多证据，请参阅：Fasciani, A., D’Annunzio, S., Poli, V. 等。MLL4相关凝聚体平衡Polycomb介导的Kabuki综合征细胞核力学应力。Nat Genet 52, 1397–1411 (2020)。https://doi.org/10.1038/s41588-020-00724-8
Tissue Alteration in Pathological Conditions
病理条件下的组织改变
布里渊显微成像为健康与病变状态下的组织力学提供了多尺度视角：
在整个体积结构中绘制粘弹性特性，包括三维类器官和胚胎等复杂样本。
将组织力学变化作为疾病发生与进展的指标进行测量。
研究力学刚度如何影响发育过程及组织形成。
以非侵入性方式识别组织样本中的力学梯度，揭示结构异质性。
辐射诱导光化性膀胱炎的布里渊成像。
X射线照射后小鼠膀胱壁的纵向评估。健康组织解剖：健康大鼠膀胱壁的H&E（苏木精-伊红）染色，显示不同解剖层次，以及从尿路上皮（左）到肌肉层（右）的DIC和相应布里渊图谱。生物力学进展：照射后2个月膀胱壁各层（尿路上皮、固有层、肌肉层）纤维化的关联DIC及无标记布里渊频移图谱，与上方健康组织对比。比例尺：20 μm。
改编自：Martinez-Vidal, L., Testi, C., Pontecorvo, E. 等。布里渊显微成像检测光化性膀胱炎中小鼠膀胱弹性的渐进性改变。Sci Rep 14, 484 (2024)。https://doi.org/10.1038/s41598-023-51006-2
采用我们布里渊技术的学术文献
| 作者 | 标题 | 期刊 | 年份 | 链接 |
|---|---|---|---|---|
| Alessandra Fasciani 等 | MLL4相关凝聚体平衡Polycomb介导的Kabuki综合征细胞核力学应力 | Nature Genetics | 2020 | https://www.nature.com/articles/s41588-020-00724-8 |
| Laura Martinez-Vidal 等 | 布里渊显微成像检测光化性膀胱炎中小鼠膀胱弹性的渐进性改变 | Scientific Reports | 2024 | https://www.nature.com/articles/s41598-023-51006-2 |
| Sarah D’Annunzio 等 | 染色质凝聚体通过限制cGAS激活调节Kabuki综合征中的细胞核力学感知 | BioRxiv | 2024 | https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.05.06.592652v1.abstract |
| Léo Brechet 等 | 加速布里渊显微成像的自适应信噪比实时协议 | Optics Express | 2025 | https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-33-13-28511 |
| Pierre Bouvet 等 | 生物材料布里渊光散射显微成像共识声明 | Nature Photonics | 2025 | https://www.nature.com/articles/s41566-025-01681-6 |
| Noemi Svolacchia 等 | 细胞壁来源的力学信号调控根发育过程中的细胞生长与分裂 | Science Advances | 2025 | https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.aea8647 |
| Chiara Bartoli 等 | 活体细胞蛋白质凝聚体线宽成像的实时布里渊显微成像 | IEEE Photonics Journal | 2026 | https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/11358959 |
| Claudia Testi 等 | 稳定化实时布里渊显微成像揭示活细胞中蛋白质凝聚体的分形组织 | Nature Communications | 2026 | https://www.nature.com/articles/s41467-026-68984-2 |
作为CrestOptics，我们致力于成为布里渊技术社群的一员。
更多详细信息，请参阅原始共识论文：
Bouvet, P., Bevilacqua, C., Ambekar, Y. 等。生物材料布里渊光散射显微成像共识声明。Nat. Photon. 19, 681–691 (2025)。https://doi.org/10.1038/s41566-025-01681-6
技术权威
技术对比：布里渊显微成像 vs AFM纳米压痕 vs 光镊
| 技术 | 是否接触（施加力） | 生物样本穿透深度 | 最大横向（XY）分辨率 | 最大轴向（Z）分辨率 | 绘制10×10 μm²图谱 所需时间* |
|---|---|---|---|---|---|
| 布里渊显微成像 | 否（光学） | ≈ 150 μm（透明样本）， 40-80 μm（组织） | 300 nm | ≈ 1.0 μm | ≈ 1 min |
| AFM纳米压痕 | 是（μN – nN） | 仅表面 | 20-30 nm | ≤ 100 nm压痕 | ≈ 3-5 h |
| 光镊 | 是，微珠介导（0.1-200 pN） | ≤ 50-100 μm（微珠插入） | 3-10 nm（追踪） | 10-20 nm（追踪） | ≈ 30 s |
*假设在10 μm × 10 μm视场内以本征横向步长进行光栅或全息扫描。布里渊：共聚焦，100 ms/体素。AFM：100 nm网格上每压痕1秒（≈3-5 h）。光镊：1kHz微珠追踪全息扫描（~10-30 s）。深度数据：Zhong 2019；Favre-Bulle 2017。其他参数来自Kabakova 2024、Zanini 2024及标准规格。
协同而非替代：关联力学的力量
每种技术都有其独特的优势和特定的应用场景。布里渊成像并非旨在取代AFM或光镊等传统力学生物学工具，而是提升它们。虽然其他方法可能在表面接触测量方面表现出色，但布里渊提供了无损的三维内部成像。通过采用关联成像方法，您可以跨平台整合数据，充分发挥每种技术的优势，构建对样本的完整多模态理解。
您提问，我们解答。
☑ 布里渊成像的空间分辨率是多少？ — 亚微米级，衍射极限。
☑ 布里渊能否用于活细胞？ — 可以，专为实时活体监测而设计。
☑ 它如何与转盘共聚焦互补？ — 为结构数据提供力学背景信息。
早期体验计划（EAP）
在力学生物学前沿占据一席之地
CrestOptics 面向关键意见领袖及领先研究机构发出限量邀请，在全球商业发布之前整合我们的高端布里渊技术。
该计划专为需要在三维生物力学成像领域获得即时战略优势的实验室而设计。
与我们一起塑造力学生物学的未来，获得以下专属权益：
- 战略合作：在全球发布前锁定技术，享受专属合作价格。
- 直达研发通道：与我们首席光学及软件工程师保持持续技术支持和反馈闭环。
- 数据验证支持：由专家审核您的数据集，针对特定生物样本优化采集参数。
- 联合发表机会：支持早期应用笔记及研究论文的技术贡献。
