1880年，亞歷山大·格拉漢姆·貝爾在研制光線電話機時，聽到了一個意外的"聲音"——物體在受到調(diào)制光照射后，竟產(chǎn)生了與光調(diào)制頻率相同的聲波。他在給父親的信中寫道："我聽到光線在清晰地交談。"這便是光聲效應(yīng)的誕生。然而受限于當(dāng)時的光源與探測技術(shù)，這一發(fā)現(xiàn)沉寂了近半個世紀(jì)，直到激光器問世，才真正迎來復(fù)蘇。

一、光聲效應(yīng)：光→熱→聲的精密轉(zhuǎn)換

光聲效應(yīng)的本質(zhì)，是一場發(fā)生在微觀尺度的能量接力。當(dāng)脈沖激光照射生物組織時，組織內(nèi)的吸收體（如血紅蛋白、黑色素）選擇性吸收光子，分子從基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)。隨后通過非輻射弛豫過程，儲存的光能以熱能形式釋放，導(dǎo)致局部溫度在納秒級時間內(nèi)驟升，引發(fā)熱彈性膨脹，最終向外輻射出寬帶超聲波。

這一過程可用熱彈性方程精確描述：初始聲壓 p? = ?！う?·F，其中Γ為格魯內(nèi)森參數(shù)，μ?為光學(xué)吸收系數(shù)，F(xiàn)為光能量密度。聲波頻率與光調(diào)制頻率一致，強度與相位則由物質(zhì)的光學(xué)、熱學(xué)及彈性特性共同決定。正因聲波在組織中的散射比光波弱兩到三個數(shù)量級，光聲成像得以突破純光學(xué)成像約1毫米的深度瓶頸，實現(xiàn)厘米級深層組織的高分辨率探測。

二、光聲顯微成像：光學(xué)分辨率與聲學(xué)穿透力的聯(lián)姻

光聲顯微成像（PAM）正是基于這一效應(yīng)發(fā)展出的前沿生物醫(yī)學(xué)影像技術(shù)。根據(jù)分辨率決定因素的不同，分為兩大流派。

光學(xué)分辨率型（OR-PAM）：橫向分辨率由光學(xué)聚焦衍射極限決定，可達3微米甚至亞微米級，成像深度約1毫米，專攻細胞與亞細胞尺度的精細結(jié)構(gòu)。聲學(xué)分辨率型（AR-PAM）：橫向分辨率由聲聚焦決定，約50微米，但成像深度可達10毫米乃至30毫米，適合深層血管網(wǎng)絡(luò)與腫瘤微環(huán)境觀測。

2026年4月，杜克大學(xué)姚俊杰團隊在《Light: Science & Applications》發(fā)表最新成果，提出"雙目式"雙通道高速功能光聲顯微成像系統(tǒng)（DC-PAM），通過同一掃描結(jié)構(gòu)中并行引導(dǎo)兩路激光激發(fā)與聲學(xué)探測，在不犧牲分辨率的前提下實現(xiàn)了22.5×24毫米2的超大視場，完整功能成像僅需約15秒，首次在整只玻璃蛙身上動態(tài)可視化了血液重新分布過程。

三、應(yīng)用：從實驗室到臨床的全面滲透

在腫瘤領(lǐng)域，PAM可檢測直徑小于300微米的早期腫瘤，精準(zhǔn)量化血管密度與彎曲度，為抗腫瘤藥物療效評估提供實時判據(jù)。在腦科學(xué)領(lǐng)域，頭戴式光纖光聲顯微鏡重量僅4.5克，可對自由運動小鼠進行腦皮層血氧監(jiān)測。在皮膚領(lǐng)域，PAM能無標(biāo)記區(qū)分表皮黑色素與真皮血紅蛋白，對黑色素瘤邊界、銀屑病血管增生實現(xiàn)高分辨率可視化。

國產(chǎn)突破同樣亮眼。2025年，中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所推出高靈敏度多光譜OR-PAM，以"光源—探頭—對比增強"三位一體設(shè)計，化解了光源昂貴、紅光信號弱等瓶頸。山西大學(xué)光電研究所則研制出基于1.5微米真空壓縮態(tài)量子光源的全光光聲顯微成像裝置，噪聲等效聲壓低至1.45帕，在7毫米成像深度下實現(xiàn)9.2微米橫向分辨率，真正邁向非接觸、高靈敏的新一代成像。

總結(jié)

從貝爾偶然聽到的"光線笑聲"，到如今看清毛細血管中每一個紅細胞的氧合狀態(tài)，光聲效應(yīng)用146年完成了從物理 curiosity 到生物醫(yī)學(xué)必要工具的蛻變。它不依賴電離輻射，無需外源造影劑，卻同時擁有光學(xué)的高對比度與聲學(xué)的深穿透力。這不是錦上添花的技術(shù)點綴，而是重構(gòu)生命影像底層邏輯的必然選擇。