【摘要】 在过去的十年中，人们对用于研究生物系统和医学诊断的BLS显微光谱/显微镜重新产生了兴趣。

布里渊光散射(BLS)是材料中声子发出的光的非弹性散射[1]。在BLS光谱中，这些声子的动力学可以通过它们的非弹性散射峰来测量，这些峰发生在相对于探测激光频率的小频移ω = ω b ~ 5−15 GHz处。对于给定的散射矢量，根据材料中各自的声子色散关系，最低阶的波峰可以被假设为洛伦兹或简单谐振子，具有半最大值全宽度[1]。

 

在过去的十年中，人们对用于研究生物系统和医学诊断的BLS显微光谱/显微镜重新产生了兴趣。通过光谱仪设计的进步，可以实现更快的空间制图，以及越来越多的证据表明，机械特性在各种生物过程和病理条件的发生中发挥着重要作用。为了最大限度地减少采集时间(例如，动态生物样品的快速布里渊成像)和激光曝光(以尽量减少样品中的光毒性/损伤)，人们经常使用统计上妥协的光谱，其拟合可能对初始参数和假设的拟合函数非常敏感。这是复杂的观察，生物样品中的BLS峰变化往往是非常微妙的。

 

图1. 在散射体积中由两部分组成的混合物[1]

 

实际上，在复杂的生物样品中，BLS峰的位置和形状可能会受到干扰，从而限制了功能拟合分析方法。例如，由于声子的陡峭色散曲线，频移具有明显的角(波矢量)依赖性，这将导致高数值孔径(高空间分辨率)测量的峰值不对称展宽。特别是在色散依赖于探测声子的矢量方向的机械各向异性材料中，展宽的确切功能形式变得非常重要。在非透明的生物样品中，多重散射事件导致的额外展宽也可能变得显著。

 

最后，当探测体积包含多个大于特征声子长度尺度的不同结构时，测量的光谱将由BLS峰的叠加组成，如果它们间隔很近或成分数量不清楚，则可能难以拟合(图1中显示了这种双组分材料的光谱示例)。图2显示了两个最初相似的光谱演变的例子，其中跟踪线的轨迹和相量之间的距离作为时间的函数可以用来识别和进一步了解过渡的性质。在这种情况下，使用传统的单峰或多峰拟合的分析将被证明特别具有挑战性或不可能，例如，如果测量多个紧密间隔的光谱的叠加，并且组分的数量定义不清。

 

图2. 受扰动影响的相量的演化可以揭示复杂混合物的BLS光谱之间的变化[1]

 

[1] Elsayad K .Spectral Phasor Analysis for Brillouin Microspectroscopy[J].Frontiers in Physics, 2019, 7. 

 

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