Method Article

تنفيذ مجهر غير خطي يستند إلى تشتت رامان المحفز

DOI:

10.3791/59614

⸱

July 6th, 2019

 ,  ,  , 
1National Research Council, Institute for Microelectronics and Microsystems, Naples Unit, Italy

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

في هذه المخطوطة، يتم وصف تنفيذ مجهر رامان المحفز (SRS)، الذي تم الحصول عليه من خلال دمج مجموعة تجريبية SRS مع مجهر المسح الضوئي بالليزر. ويستند المجهر SRS على اثنين من مصادر الليزر femtosecond (FS)، وTi-الياقوت (Ti:Sa) ومتزامنة البصرية مذبذب بارامتري (OPO).

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يستخدم الفحص المجهري المحفز لتشتت رامان (SRS) ضوء الإثارة شبه بالأشعة تحت الحمراء. لذلك، فإنه يشارك العديد من خصائص التصوير المجهري متعدد الفوتون. ويمكن الحصول على طريقة التصوير SRS باستخدام المجاهر التجارية المسح بالليزر عن طريق تجهيز مع كاشف إلى الأمام غير منزوع المسح الضوئي مع مرشحات شريطية مناسبة وقفل في نظام الكشف عن مكبر للصوت (LIA). يتضمن التخطيط التخطيطي لمجهر SRS النموذجي ما يلي: شعاعين ليزريين نابضين (أي المضخة والمسبار الموجهفي مجهر المسح الضوئي)، والتي يجب أن تتداخل في كل من المكان والوقت في مستوى الصورة، ثم تركز على هدف المجهر في العينة من خلال اثنين من مرايا المسح الضوئي (SMs)، والتي النقطية بقعة التركيز عبر مستوى س-y. بعد التفاعل مع العينة، يتم جمع نبضات الإخراج المنقولة من قبل هدف علوي وتقاس بنظام الكشف الأمامي المدرج في المجهر المقلوب. تتم إزالة نبضات المضخة بواسطة كومة من المرشحات البصرية، في حين يتم قياس نبضات المسبار الناتجة عن عملية SRS التي تحدث في الحجم البؤري للعينة بواسطة الصمام الضوئي (PD). يتم تخفيض قراءة PD من قبل LIA لاستخراج عمق التشكيل. يتم الحصول على صورة ثنائية الأبعاد (ثنائية الأبعاد) عن طريق مزامنة وحدة الكشف الأمامي مع وحدة المسح المجهري. في هذه الورقة، يتم وصف تنفيذ مجهر SRS وثبت بنجاح، فضلا عن الإبلاغ عن الصور خالية من التسمية من حبات البوليسترين بأقطار 3 ميكرومتر. ومن الجدير بالذكر أن المجاهر SRS ليست متاحة تجاريا، وذلك من أجل الاستفادة من هذه الخصائص، والبناء محلية الصنع هو الخيار الوحيد. منذ SRS المجهرية أصبحت شعبية في العديد من المجالات، ويعتقد أن هذا الوصف الدقيق لتنفيذ المجهر SRS يمكن أن تكون مفيدة جدا للمجتمع العلمي.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

في تطبيقات علوم الحياة، ظهرت SRS المجهرية كأداة قوية للتصوير خالية من التسمية. الفكرة الأساسية للميكروسكوب SRS هو الجمع بين قوة التباين الاهتزازي وقدرتهعلى الحصول على الصور في بضع ثوان.

SRS هي عملية يتطابق فيها فرق التردد بين ترددين من أشعة الليزر (إشارة المضخة وإشارة ستوكس في ترددات مختلفة) مع الاهتزاز الجزيئي لعينة تم التحقيق فيها، مما يسبب تشتت رامان المحفز وحدوث تشتت كبير زيادة في إشارة ستوكس. على عكس مطياف رامان الخطي، يعرض SRS اعتمادًا غير خطي على حقول الضوء الواردة وينتج إشعاعًا متماسكًا. SRS له ميزتان أساسيتان: 1) السرعة، مما يجعل الصور أقل حساسية للمصنوعات اليدوية الناشئة عن حركة العينة أو تدهورها، و 2) نسبة ممتازة للإشارة إلى الضو....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. بدء تشغيل نظام الليزر

  1. تحقق مما إذا كانت درجة حرارة المبردات يتم الاحتفاظ بها عند أو أقل من 20 درجة مئوية.
  2. تحقق مما إذا كانت وحدة التحكم في الرطوبة تعمل بشكل صحيح ويتم الحفاظ على الرطوبة في قيمة حوالي 40٪.
  3. تشغيل الليزر Ti:Sa، اتباع بدقة الإرشادات في الدليل.
  4. تعيين الطول الموجي إلى 810 نانومتر.
  5. قم بتشغيل OPO والكمبيوتر المصغر المتصل. تشغيل التطبيق الذي يتحكم في ليزر OPO.
  6. حدد الالتفافية إذا كان هناك حاجة إلى 100٪ من إخراج الليزر Ti:Sa عند الخروج من مربع OPO.
  7. قم بإلغاء تحديد الالتفافية إذا كانت هناك حاجة إلى 20% من إخراج الليزر Ti:Sa وإخراج الليزر OPO عند الخروج من مر....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وقد ورد في الشكل 7مثال على قياس SRS (أي قياس SRS في نقطة واحدة من العينة). عندما لا تتداخل الحزم في الزمان أو المكان، يتم الإبلاغ عن النتيجة التي تم الحصول عليها في الشكل 8a. في خارج الرنين، واتساع الإشارة التي تقاس من قبل LIA هو صفر، في حين أن مرحلة الإشارة التي تقاس من قبل ليا يقفز بين القيم السلبية والإيجابية. وحيث أنه عندما تتداخل الحزم في الفضاء، فإن تحريك خط التأخير في نطاق مناسب، يتم الإبلاغ عن النتائج التي تم الحصول عليها في الشكل 8ب

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وقد اتخذت SRS المجهريالتصوير خالية من التسمية إلى آفاق جديدة، وخاصة في دراسات الهياكل البيولوجية المعقدة مثل الدهون، والتي هي أساسية للخلايا والهندسة المعمارية الخلوية. وتشارك الدهون في مسارات فسيولوجية متعددة مثل إنتاج الأغشية البيولوجية، وأنها بمثابة السلائف التركيبية الحيوية ومحولات الإشارات10. يتم تعبئة الدهون في العضيات داخل الخلايا المتخصصة، وتسمى أيضا قطرات الدهون (LDs). أقطارها تختلف من بضع عشرات النانومتر إلى عشرات ميكرومتر11،12. .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ويعلن صاحبا البلاغ عدم وجود تضارب في المصالح.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نحن نقدر V. توفانو من IMM CNR لمساعدته التقنية القيمة وجياكومو كوزي، أخصائي المنتج من أدوات نيكون، لمناقشات مفيدة والدعم المستمر. وقد تم دعم هذا العمل جزئيا من قبل البرامج التنفيذية الوطنية الإيطالية PONa3 00025 (BIOforIU) وEuro-Bioimaging على نطاق واسع panEuropean مشروع البنية التحتية للبحوث.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
أداة الضبطنيكوننيكون C2Toolالأداة المدعومة
APE برنامج التحكم في ارتباط النبضAPE-APEبرنامج التحكم في ارتباط النبض
الارتباط التلقائيAPE APEPulseCheck USB 50كاشف الارتباط التلقائي
ThorlabsThorlabs DET10Aالثنائي الضوئي
Thorlabsكاشف الأشعة تحت الحمراءThorlabs VRC
مرآة ثنائية اللونSemrockSemrock FF875-Di01-25X36مرآة ثنائية اللون
مرآة ثنائية اللون مرآة ثنائية اللونSemrockFF875-Di01-25x36مرآة ثنائية اللون
EOMConoptics(EOM CONOPTICS 3350-160 KD * P).خلية Pockels
كاشف سريعThorlabsThorlabs DET025AL / Mالثنائي الضوئي
وحدة مسح المرآة السريعةنيكونC2رأس المسح الضوئي Microscpe
ليزر فيمتو ثانية Ti: SAحرباء متماسكة Ultra IIالحرباء الترا II
مولد وظيفةTTiTG5011 AIM & ndash ؛ مولد وظيفة
مجهر بصري مقلوبنيكونEclipse TE-2000-E ، نيكونEclipse TE-2000-E ،
قفل نظام أبحاث ستاندفوردSR844-200 ميجاهرتز مضخم للصوت ثنائي الطورA من مرشح Stanford Research Systems
Notch ،مرشح SemrockNF03-808E-25
خط التأخير البصرينيوبورتنيوبورت M-ILS200CCخط التأخير البصري القابل للضبط
المذبذب البصري البارامتريمتماسكOPO
راسم الذبذباتWaveRunner640Zi 4 جيجا هرتز OSC / LeCroyراسم الذبذبات الرقمي
بطاقة PCIالأداة الوطنيةNI PCIe 6363بطاقة ضبط البيانات
كاشفات مستشعرات الموضعنيوبورتنيوبورت كونيكس PSD9مستشعر كاشف الموضع
رأس عداد الطاقةمتماسكPowerMax PM10 ،كاشف الطاقة بالليزر
مراحل الترجمةThorlabs ThorlabsPT1 / Mمرحلة الترجمة الميكانيكية مع ميكرومتر قياسي
التحكم في البرامج التحكم في بطاقة كاشف بطاقة TTi مكبر للصوت من نيكون المضغوط OPO

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Saar, B. G., et al. Video-Rate Molecular Imaging in Vivo with Stimulated Raman Scattering. Science. 330 (6009), 1368-1370 (2010).
  2. Zhang, D., Wang, P., Slipchenko, M. N., Cheng, J. X. Fast Vibrational Imaging of Single Cells and Tissu....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Stimulated Raman ScatteringNonlinear MicroscopyLaser AlignmentLock in AmplifierForward DetectionBeam OverlapLabel free ImagingPolystyrene BeadsVibrational ContrastMicroscope Implementation

Related Articles