点我！看清华最近科研进展~(11)

图1.光的偏振性质及生物样品的作用
近日，清华大学深圳国际研究生院何宏辉、马辉团队与牛津大学何超、马丁·布斯（Martin Booth）团队应邀撰写评述文章，简要介绍了偏振光学基础，系统总结了在生物医学研究中偏振测量及成像技术的应用现状，面向生物医学样本的偏振信息提取和参数分析的方法，并展示了在薄样本透射偏振成像/厚组织反射偏振成像中的典型应用，以及和其他技术结合的多模态生物医学检测方法等。综述文章讨论了若干近期的偏振成像测量技术突破，展望了偏振光学方法在生物医学研究领域未来的发展方向。

图2. 穆勒矩阵及其内部“编码”的物理信息
通过介绍偏振光学应用于生物医学领域的基本数学工具，作者将生物医学偏振计和椭偏测量术的发展进行对比，总结了复杂散射体系与非散射体系偏振测量需求的差异。考虑到生物医学样品，如组织、细胞等常常具有较为显著的散射特性，因此常用一个四维斯托克斯矢量描述光的偏振状态，此时入射光与样品的散射相互作用可由一个4×4偏振变换矩阵-即穆勒矩阵表征，其第一个矩阵元代表我们熟知的非偏振光学特征，其余阵元反映样品的不同偏振光学属性。由此可见，偏振光学方法可提供样品的大量信息。
此外，由于光的偏振态调制器件不影响光的传播方向，通过在光路中增加偏振器件即可在保持显微镜、内窥镜等原有光学成像及测量设备工作方式不变的情况下，拓展其获取生物医学样品微观结构信息的能力。针对生物医学应用，综述沿着偏振测量及成像技术-偏振信息提取、参数分析-组织和细胞的偏振成像及测量应用等三个方面进行了系统回顾总结。综述最后结合当下快速发展的机器学习、非线性光学、超表面等技术，对偏振光学方法在生物医学研究及临床应用中的未来发展方向进行了展望，为相关研究提供了指导。
图3. 偏振生物医学方法的潜在多模态连用
相关内容近期以“面向生物医学和临床应用的偏振光学”（Polarisation optics for biomedical and clinical applications: a review）为题发表于《光：科学与应用》（Light: Science & Applications），并被选为“编辑推荐”（Editors’ Highlights）及封面文章。论文第一作者为清华大学医学院生物医学工程系2013级工程硕士，现牛津大学圣约翰学院（St John’s College）独立教职青年研究员、博士生导师何超，论文通讯作者为清华大学深圳国际研究生院何宏辉副教授，牛津大学何超青年研究员和马丁·布斯（Martin J.Booth）教授。论文作者还包括清华大学深圳国际研究生院马辉教授、常金涛博士，清华大学医学院生物医学工程系硕士生陈斌国。