探测生物矿物：两个（或三个）光子比一个好

突然，背部肋骨下方出现剧烈疼痛，辐射至腹部底部。这可能是肾结石（尿结石），一旦排出，需要物理化学分析。目的：确定相关病理，开出正确的治疗方案，避免复发。“通常，尿结石根据其形态或红外光谱进行研究，以确定其组成。然而，这可能不足以有效地对它们进行分类，”LOB研究总监Marie Claire Schanne Klein说。

然而，激光扫描多光子显微镜开辟了一条新的途径。高强度脉冲激光在定义明确的空间（微米尺度）中深入探测肾结石，并提供有关其分子排列（晶体结构）的有价值信息。通过多个光子同时到达目标的激发过程，科学家观察到样品中特定点存在蛋白质的荧光特征，或非线性光学的特定信号：两个光子作用下的二次谐波（SHG）产生，或三个光子作用的三次谐波（THG）产生**。

通过结合SHG和THG的专业偏振测量，LOB团队可以获得更多关于尿石内部结构的信息。以这种方式获得的二次谐波结果分离出某些结晶肾结石，即分子组织完美且没有对称中心的结晶肾结石。三次谐波信号通常显示具有不同光学性质的两种介质之间界面的样本。“我们正在研究肾结石碎片，因此由于空气/结石边界，总是有THG信号。但偏振允许通过该屏障。然后，可以在样品内部检测到与双折射相关的THG信号，这是各向异性晶体结构的典型特征（编者注：其物理性质根据考虑物体的方向而变化，在这种情况下，光速根据其传播方向而变化），因此在某些类型的肾结石中也是如此。”

这种创新方法扩展到各种生物矿物质（肾结石、钙化、耳石等）的分析。肾脏病学家已经对这项工作的结果感兴趣，最终可能导致协议和仪器在医院环境中更接近患者和医生

*LOB:CNRS、Inserm、巴黎理工学院-巴黎理工学院联合研究单位，91120 Palaiseau，法国

**SHG：由两个能量相同的光子激发会产生两倍能量的光子
THG：相同能量的三个光子激发产生的光子能量是三倍

参考文献：

Matthew Gleeson、Joséphine Morizet、Pierre Mahou、Michel Daudon、Dominique Bazin、Chiara Stringari、Marie Claire Schanne Klein、Emmanuel Beaureare，《使用多光子显微镜的肾结石分类》，ACS光子学（2023年）

https://doi.org/10.1021/acsphotonics.3c00651