近日，生命科学技术学院西安市跨尺度生命信息智能感知与调控重点实验室生物医学光子学与分子影像研究室陈雪利教授团队在国际综合类顶级期刊《Science Advances》（Science系列期刊中的综合类子刊，IF=14.98），发表了题为“Label-free structural and functional volumetric imaging by dual-modality optical-Raman projection tomography”的研究论文（Sci. Adv. 2023, 9,eadf3504）。西安电子科技大学为论文第一作者单位和唯一通讯作者单位，生命科学技术学院博士生王楠为论文第一作者（现为西安电子科技大学博士后），生命科学技术学院陈雪利教授、朱守平教授和谢晖教授为论文共同通讯作者，这是西电首篇完全本土化完成的Science子刊研究成果。

生物系统，如细胞、模式生物等，具有复杂的三维结构和化学组分。借助于荧光标记技术，人们可以用三维影像的方式直观地可视化复杂生物系统中化学组分的空间分布，动态观测其功能特性与变化，这对于全面理解和研究复杂生物系统具有重要意义。然而，用于荧光标记的荧光染料可能会影响生物系统的生物功能，还会带来诸如靶向非特异性、细胞毒性、光漂白等问题。

针对这个问题，在国家自然科学基金委、国家重点研发计划等项目的支持下，生命科学技术学院生物医学光子学与分子影像团队在学术带头人陈雪利教授的带领下，近年来在容积化学成像技术领域不断创新，取得了重要的研究进展，包括创新性的将贝塞尔光束引入受激拉曼显微成像领域，提出了受激拉曼投影成像概念，融合样本旋转断层扫描方案，实现了三维受激拉曼显微成像技术，可准确定量三维体积内的化学成分及其分布（Nat. Commun., 2017,8,15117）；针对三维成像速度慢的问题，通过减少投影数量，提出了少量投影稀疏重建方法（IEEE Trans. Biomed. Eng. 2020, 67, 1293-1302），实现了1%以内的定量精度，亚微米级的空间分辨率，比传统技术高1个数量级的成像速度。为解决基于高斯光束的显微成像技术散射样本探测能力差，光束无法长聚焦问题，利用贝塞尔光束的焦点自我修护特性，证明了受激拉曼投影成像技术能够一定程度上克服样本散射对信号产生的影响（Photonics Res. 2020, 8, 929-939；Biomed. Opt. Express 2022, 13, 2488-2502），从而实现了散射样本的无标记快速准确定量显微成像。

针对受激拉曼投影断层成像技术微观结构缺失问题，通过同时收集透射投影图像，团队提出了一种融合拉曼投影成像和光学投影成像的双模态免标记容积成像技术，即光学-拉曼投影断层成像技术（Optical-Raman projection tomography, ORPT），利用光学投影断层成像模块获取三维样本的高分辨微观结构，利用宽场拉曼投影断层成像技术获取三维样本的生化组分分布，实现了三维样本微观结构和生化组分分布的双模态免标记可视化。团队首先研制了双模态光学-拉曼投影断层成像系统，测试结果表明可以实现毫米尺度样本的跨尺度空间分辨率（5.12-36.42 μm），且优于70 mM的脂类分子检测能力；进一步以聚苯乙烯微球为实验对象，证明了该技术具有对毫米尺度样本的微观结构和化学组分的免标记三维高分辨率同机成像能力；最后以斑马鱼、拟南芥以及不同发育阶段的果蝇为实验对象，证明了技术在模式生物领域的应用潜力，对于全面理解复杂生物系统互作及变化等具有重要意义。这一重要研究成果近期发表在顶级期刊Science Advances上。

据了解，陈雪利教授团队多年来一直从事生物医学光子学成像与检测新技术及其生物医学应用方面的研究，在国内外期刊发表了系列重要研究成果，包括Sci. Adv.、Nat. Commun.、Photonics Res.、IEEE Trans. Biomed. Eng.、Opt. Lett.等，研究工作被工程技术、临床医生等跨领域专家引用和正面评价，相关成果获陕西省自然科学奖二等奖、陕西高等学校科学技术奖一等奖、中国发明协会发明创业奖创新奖一等奖等科技奖励。

该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、国家级青年人才项目、陕西省杰出青年科学基金、陕西省青年人才项目、陕西省重点研发计划重点产业链项目等的资助支持。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf3504