MIT发现自组织激光，实时观察药物入脑

麻省理工学院（MIT）的研究人员发现，混沌激光光线能够在普通光纤内自发地收敛成一束极细的"铅笔光束"——这一发现颠覆了人们对激光物理学的传统认知，并由此催生出一种全新的生物医学成像技术。相关研究已于4月27日发表在《自然·方法》（Nature Methods）期刊上。

一项在极限边缘诞生的发现

这一突破始于麻省理工学院电气工程与计算机科学系的博士生曹宏浩将一根多模光纤推至近乎损毁的极限。通常情况下，增大此类光纤中激光的功率会导致光线散射，变得愈发无序。然而，当曹宏浩将功率提升至接近光纤损伤阈值时，情况却恰恰相反：光线骤然汇聚成一束紧密聚焦的单一光束。MIT新闻

"该领域的普遍认知是，若不断提升这类激光器的功率，光线必然会趋于混沌。但我们证明事实并非如此，"电气工程与计算机科学系助理教授、该论文的通讯作者游思贤表示。MIT新闻

要复现这一现象，需同时满足两个精确条件：激光必须以精准的零度角射入光纤，且功率须提升至光与玻璃本身开始发生非线性相互作用的水平。在该阈值处，非线性效应恰好抵消了光纤固有的无序性，从而在无需任何复杂光束整形硬件的情况下，产生稳定的超聚焦光束。

血脑屏障成像速度提升25倍

研究团队将笔形光束应用于人类血脑屏障成像。血脑屏障是大脑中紧密排列的细胞层，能够保护大脑免受毒素侵害，但同时也阻挡了大多数药物进入。传统光学方法每次只能捕捉血管系统的一个二维切片。借助这项新技术，研究人员在保持同等分辨率的前提下，以约比现有最佳方案快25倍的速度生成了细胞级别的三维图像。

此外，该光束还能避免"旁瓣"现象——即其他激光束成像时产生的模糊光晕——从而在细胞和分子尺度上呈现更清晰的空间细节。MIT新闻

"这种新方法无需细胞携带荧光标记，这是一项革命性突破。我们现在首次能够实时观察药物进入大脑的动态过程，甚至能识别特定细胞类型摄取药物的速率。"麻省理工学院Cecil and Ida Green生物与机械工程特聘教授Roger Kamm表示。MIT新闻

对药物研发的影响

这项技术解决了制药研究中长期存在的一大瓶颈：如何判断针对阿尔茨海默症、肌萎缩侧索硬化症（ALS）等神经退行性疾病的实验药物，是否真正穿越血脑屏障并到达靶点。由于动物模型往往无法准确预测人体反应，能够在人体组织模型中实时追踪药物吸收情况的技术，有望从根本上改变候选药物的筛选方式。

研究人员计划深入探究这种自组织现象背后的基本物理机制，并进一步将该技术拓展至脑部神经元成像领域，同时着眼于未来的商业化应用。MIT新闻