QGI成像技术照亮生物燃料作物研究新路径

    在极低光照水平下捕捉图像的QGI技术，为活体植物成像提供了一种无需暴露于有害波长下的新方法。洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）的研究小组利用非退化QGI技术，在比星光低几个数量级的光照下成功获取了活体植物的图像，为生物成像领域带来了革命性的进展。

    一、核心成果
    QGI技术消除了在植物标本中插入染料或其他标签的需要，保护了这些脆弱的样本。使用QGI进行活体植物成像可以促进高粱等生物燃料作物的发展，有助于优化植物生长，实现最大产量和可持续性。

    二、技术原理
    QGI技术利用量子纠缠现象，使得使用非简并QGI探测某一波长的样本，并使用不同波长的相关光子形成样本图像成为可能。这种光谱分离减少了对近红外区域高灵敏度成像探测器的需求，从而降低了所需的照明强度。

    三、实验成果
    研究人员开发了一种QGI显微镜，用于无标记生物成像。为了提高图像质量和对比度，他们使用了NCam（夜间相机），这是一种擅长相关性的单光子探测器。借助NCam，他们获得了透光率低至1%的活体植物图像，证明了非退化QGI具有出色的灵敏度。
    使用这种方法成像的植物在成像过程中仅暴露在每平方厘米3阿瓦特（3aW/cm²）的光线下。红外光用于检测植物中只能在红外波长下看到的化学物质。与早期的QGI演示和最新的单光子雪崩二极管阵列实验相比，NCam为QGI提供了改进的相关性指标和噪声抑制。

    四、应用前景
    研究人员将QGI的使用范围从二元测试目标扩展到厚实、完整、未受干扰的活体植物的成像，包括高粱、兔脚蕨和香菜叶样本。当研究人员聚焦于近红外光中植物的吸水特性时，他们获得了透射率低于5%的高对比度图像。植物叶片上的气孔在夜间关闭以减少水分流失。研究人员注意到，由于QGI所需的照明强度非常低，气孔会关闭。
    据研究人员所知，这是QGI在复杂生物体上的首次展示。QGI显微镜不需要像微切片那样进行侵入式样品制备。无需标记，因为标记会干扰植物的生长过程。

    通过这项工作，洛斯阿拉莫斯国家实验室团队表明，使用QGI可以实现实用的生物成像。使用QGI捕捉活体植物的图像可能会导致基于QGI的近红外成像在新的应用领域得到应用，在这些领域中，低光照条件对于保持样品的完整性至关重要。这项研究发表在Optica杂志上。