组织与生物材料由细胞、细胞核、细胞器、蛋白质聚集体、脂质囊泡及纤维等多种颗粒构成，其尺寸分布从纳米到微米跨度极大，并在多种病理状态下发生显著改变。现有技术难以在不破坏样本的前提下，对完整生物组织和生物流体中这一连续尺寸范围的颗粒进行准确表征。针对这一挑战，研究者提出了激光散斑颗粒测径技术SPARSE，通过分析后向散射偏振激光散斑的时空属性，实现了10纳米至10微米范围内的颗粒粒径评估，且无需预先获知颗粒的折射率或浓度。该技术借助光束扫描，还可在良性和恶性乳腺组织中以约100微米的高分辨率绘制粒径分布图，与组织病理学微观结构高度吻合。

本论文由Zeinab Hajjarian、Nichaluk Leartprapun、Ziqian Zeng和Seemantini K. Nadkarni共同完成，文章名为"Laser speckle particle sizer (SPARSE) informs the size distribution of tissue granularities"，发表在《Science Advances》。

重要发现
01SPARSE的技术原理与度量指标体系
SPARSE是一项非接触式光学技术。当相干激光束聚焦于含有内源性光散射颗粒的样本时，光子沿不同路径多次散射并干涉，在表面形成具有特征性的激光散斑图案。这些散斑图案展现出独特的空间强度包络形状，以及由个体散斑颗粒强度随时间波动所体现的时间属性。

SPARSE仪器和算法概述

尺寸相关指标的综合库，由PLCT-MCRT创建

技术核心在于，颗粒尺寸决定了平行偏振与交叉偏振两种状态下光子路径长度分布的差异，从而使得两种偏振分量的散斑时空属性对散射颗粒的尺寸尺度高度敏感。

02聚苯乙烯微球悬浮液中的验证
研究者首先评估了SPARSE在50纳米至5微米聚苯乙烯微球水甘油悬浮液中的表现。微球分别分散于90%和70%水甘油混合液中，覆盖了生物相关的折射率范围。

聚苯乙烯微球的尺寸测定

03乳腺良性与恶性组织中的高分辨粒径制图
研究者将SPARSE应用于新鲜切除的人乳腺良性纤维脂肪组织与浸润性导管癌组织，通过光束扫描实现空间分辨的粒径异质性制图。扫描步长为150微米，在组织样本上以约100微米分辨率获取局域散斑帧序列，并结合四个度量指标完成聚类归属与粒径反演。

良性纤维脂肪乳腺组织中的粒径分布图

浸润性乳腺癌微环境中的粒径分布

在良性纤维脂肪组织中，粒径图清晰地映射出组织学特征：灰色至蓝色区域（亚微米级）与胶原纤维成分的空间位置高度吻合，而深紫色区域（a≥20微米）对应于脂肪细胞富集区。在浸润性导管癌样本中，粒径图揭示出上皮肿瘤区、瘤内间质区、外周脂肪区以及坏死瘢痕区的差异化尺寸分布——坏死区粒径骤降至100纳米以下，周围被较粗胶原纤维束（最大可达并超过4微米）所包裹。粒径空间分布与H&E及PSR染色组织学景观高度契合，验证了SPARSE在完整、未处理组织中实现实时、无标记结构尺寸分布评估的潜力。

创新与亮点
SPARSE突破了传统动态光散射与激光衍射技术严格隔离单散射、仅适用于透明稀释悬浮液的局限，转而将多次散射作为有益资产加以利用。该技术仅需商用图像传感器与简易偏振调节组件，通过分析后向散射偏振激光散斑的时空属性，即可在10纳米至10微米范围内完成颗粒粒径表征，无需预先获知折射率或浓度。

在光学生物医疗领域，SPARSE的实际价值体现在多个维度：在纳米药物开发中，可对脂质体等药物载体进行原位、免稀释粒径评估；在乳制品与食品工业中，可在线监控乳化与均质过程；在血液诊断中，能够在高吸收、高散射的原生全血环境中追踪红细胞形态变化，捕捉常规手段难以察觉的细微尺寸变异；在病理诊断中，可对完整切除组织进行无标记、实时粒径制图，映射肿瘤 grade 相关的细胞核异型性以及细胞外基质重构所形成的纤维尺寸变异，为乳腺癌等疾病的客观预后评估提供了全新工具。

总结与展望
SPARSE通过偏振激光散斑时空属性的综合分析，建立了一种适用于完整生物材料与组织的宽量程、非接触颗粒测径平台。在聚苯乙烯微球、牛奶、全血及人乳腺组织中的系统验证表明，该技术能够在未知光学特性条件下准确反演10纳米至10微米范围内的颗粒粒径，并与DLS、涂片显微镜及组织学分析高度吻合。

未来，可通过拓展SPARSE在极端尺寸范围的灵敏度；采用更小束斑与更细扫描步长，有望提升高度异质软组织中的分辨率与对比度，从而分离不同尺寸颗粒群体的绝对值。随着算法的进一步迭代，SPARSE有望在纳米医学、体外诊断和生物制造质量控制等领域发挥更广泛的作用。

doi: 10.1126/sciadv.adu8577