RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
French
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
<
p style='hauteur-de-ligne :1.2 ;margin-bottom :0pt ;margin-top :0pt ;' dir='ltr'>Source : Espinoza, R., et al. Imagerie par diffusion Raman stimulée bicolore en temps réel du cerveau de souris pour le diagnostic tissulaire. J. Vis. exp. (2022).La vidéo démontre l’imagerie par diffusion Raman stimulée bicolore (SRS) de sections de tissu cérébral de souris. Deux faisceaux laser synchronisés sont dirigés sur la section tissulaire pour exciter les vibrations moléculaires, ce qui entraîne un changement d’intensité relative dans les faisceaux. Les lipides et les protéines dans le tissu sont détectés à l’aide de paires de fréquences distinctes des faisceaux laser. Les signaux résultants se voient ensuite attribuer des couleurs distinctes, créant une image bicolore qui aide à identifier les protéines et les lipides du tissu.
Toutes les procédures impliquant des échantillons d’animaux ont été examinées et approuvées par le comité d’éthique animale approprié.
1. Détection du signal SRS
3. Optimisation de la résolution spectrale
REMARQUE : La pompe et les faisceaux Stokes atteignant l’échantillon doivent avoir la même quantité de dispersion de retard de groupe (GDD) pour maximiser la résolution spectrale. La dispersion dépend fortement de la configuration expérimentale. Le dispositif expérimental décrit ici utilise des impulsions femtosecondes à 1 040 nm et 800 nm comme Stokes et pompe, respectivement. Des tiges de verre de silex denses (H-ZF52A) sont utilisées comme moyen d’étirement du pouls.
Insérez 48 cm d’une tige de verre hautement dispersive (H-ZF52A ou verre blanc dense équivalent) dans le trajet du faisceau de 800 nm. Estimer le GDD à l’aide de l’égaliseur (1{TAG_250}}) :

REMARQUE : La GVD de divers matériaux en verre à différentes longueurs d’onde peut être trouvée à partir de la ressource de base de données d’indice de réfraction. Par exemple, le H-ZF52A a un GVD de 220,40 fs2/mm à 800 nm. Le GDD total est de 105792 fs2.
4. Caractérisation signal/bruit (SNR)
Divisez la valeur moyenne de la zone sélectionnée par l’écart-type pour trouver la valeur SNR, comme dans Eq (2).

REMARQUE : Un bon SNR pour le système (avec une constante de temps de verrouillage de 4 μs) en utilisant DMSO à 40 mw/40 mw au foyer pour les deux bras est de >800. Des concentrations plus faibles de DMSO ou une puissance plus faible peuvent être utilisées pour une estimation plus précise du SNR si la carte d’acquisition de données a une profondeur de bits limitée.
5. Étalonnage de l’axe de fréquence
REMARQUE : Cette étape est effectuée pour relier la position de l’étage de retard à la transition Raman balayée. Une sélection minutieuse des solvants est nécessaire pour générer une « règle Raman » appropriée. Le DMSO est un solvant efficace pour les liaisons CH car il présente deux pics Raman aigus à 2 913 cm-1 et 2 994 cm-1.
6. Modulation orthogonale et imagerie bicolore
REMARQUE : L’étape de modulation orthogonale n’est nécessaire que lorsqu’une imagerie bicolore en temps réel est nécessaire. Le schéma de ce schéma est illustré dans Figure 5. La modulation orthogonale utilise une paire d’EOM pilotées à un quart de la fréquence laser (20 MHz pour un laser de 80 MHz) avec un déphasage de 90° entre les deux. Cette étape de modulation orthogonale peut être ignorée pour l’imagerie SRS monochrome ou l’imagerie SRS hyperspectrale.
7. Imagerie SRS en mode Epi]{TAG_745}}
REMARQUE : Dans le schéma d’imagerie en mode transmission, l’objectif focalise le laser sur l’échantillon, puis une lentille de condensateur dirige le faisceau transmis vers une photodiode pour une détection de verrouillage. Dans le schéma d’imagerie en mode épi, la lumière qui est rétrodiffusée et dépolarisée par l’échantillon est collectée par l’objectif de focalisation et isolée à l’aide d’un séparateur de faisceau polarisant. Les photons isolés et rétrodiffusés sont envoyés à une photodiode à travers une paire de lentilles relais pour une détection de verrouillage. La figure 6 illustre le schéma d’imagerie en mode épi.
8. Coloration de fausses couleurs

Figure 1 : Schéma de la configuration d’imagerie SRS monochrome. Construction d’un microscope SRS à focale spectrale en mode transmission. X et Y représentent les sorties orthogonales. Abréviations : SRS = diffusion Raman stimulée ; DL = ligne à retard basée sur un rétroréflecteur ; Div = diviseur ; FB = tampon de distribution ; AT = atténuateur ; PS = déphasage ; PA = amplificateur de puissance ; DCM = miroir dichroïque ; GM = miroirs galvo ; EOM = modulateur électro-optique ; POM = miroir de prélèvement ; PBS = séparateur de faisceau polarisant, BRC = cristal biréfringent ; QWP = plaque quart d’onde ; HWP : plaque demi-ondulée ; PD = photodiode ; GR = tige de verre ; BB = Bloc de poutre ; SPF = filtre passe-court ; CL = lentille collimative ; BS = lentille changeante de taille de faisceau.

Figure 2 : Chevauchement temporel représentatif. (A) On voit que la pompe et les faisceaux de Stokes se chevauchent temporellement sur l’oscilloscope. Les curseurs de l’oscilloscope sont utilisés pour marquer les positions temporelles de la pompe et des faisceaux de Stokes. Ce chevauchement est satisfaisant comme point de départ pour peaufiner davantage le chevauchement temporel avec une étape de retard. (B) Profondeur de modulation représentative satisfaisante d’une EOM à 20 MHz. (C) Modulation d’impulsion satisfaisante pendant l’utilisation de deux EOM. (D) Modulation satisfaisante du train d’impulsions après l’installation d’un cristal de quartz biréfringent et d’une plaque demi-onde sur le bras de Stokes doublement modulé. Abréviation : EOM = modulateur électro-optique.

Figure 3 : Signaux SRS et pompes représentatifs. (A) Signal de pompe mal aligné détecté dans le canal DC. (B) Signal SRS mal aligné détecté par la photodiode. (C) Signal de pompe satisfaisant et centré dans le canal DC. (D) Signal SRS satisfaisant centré sur le canal AC. Abréviation : SRS = diffusion Raman stimulée.

Figure 4 : Caractérisation de la résolution spectrale. Une fonction gaussienne était adaptée aux 2,913 cm-1 Raman DMSO peak. Le FWHM calculé a donné une résolution de 15 cm-1 pour le système. Abréviations : DMSO = diméthylsulfoxyde ; FWHM = pleine largeur à la moitié maximum.

Figure 5 : Schéma de la configuration d’imagerie SRS bicolore. Construction d’un microscope SRS bicolore en mode transmission. X et Y représentent les sorties orthogonales. Abréviations : DL = ligne à retard basée sur un rétroréflecteur ; Div = diviseur ; FB = tampon de distribution ; AT = atténuateur ; PS = déphasage ; PA = amplificateur de puissance ; DCM = miroir dichroïque ; GM = miroirs galvo ; EOM = modulateur électro-optique ; PBS = séparateur de faisceau polarisant ; BRC = cristal biréfringent ; QWP = plaque quart d’onde ; HWP = plaque demi-onde ; PD = photodiode ; GR = tige de verre ; BB = bloc de faisceau, SPF = filtre passe-court ; CL = lentille collimative ; POM = miroir de prélèvement ; BS = lentille changeant la taille du faisceau.

Figure 6 : Schéma de la configuration en mode Epi-mode d’imagerie SRS bicolore. Construction d’un microscope SRS bicolore en mode épi. X et Y représentent les sorties orthogonales. Abréviations : DL = ligne à retard basée sur un rétroréflecteur ; Div = diviseur ; FB = tampon de distribution ; AT = atténuateur ; PS = déphasage ; PA = amplificateur de puissance ; DCM = miroir dichroïque ; GM = miroirs galvo ; EOM = modulateur électro-optique ; PBS = séparateur de faisceau polarisant ; BRC = cristal biréfringent ; QWP = plaque quart d’onde ; HWP = plaque demi-onde ; PD = photodiode ; GR = tige de verre ; BB = bloc de faisceau, BPF = filtre passe-bande ; CL = lentille collimative ; POM = miroir de prélèvement ; BS = lentille changeant de taille de faisceau.
| Objectif achromatique de 100 mm | THORLABS | AC254-100-B | large bande, 650 - 1 050 nm, distance focale de l’objectif achromatique, 100 mm |
| filtre passe-bande 20 MHz | Minicircuits | BBP-21.4+ | Filtre passe-bande LC regroupé, 19.2 - 23.6 MHz, 50 Ω |
| Objectif achromatique de 200 mm | THORLABS | AC254-200-B | large bande, 650 - 1 050 nm, distance focale de l’objectif achromatique, 200 mm |
| Demi-onde achromatique< | td style='débordement :caché ;rembourrage :0px 3px ;align-vertical :bas ;'>Union OpticWPA2210-650-1100-M25.4 | Demi-plaque d’onde large bande | |
| Plaque quart d’onde achromatique | Union Optic | WPA4210-650-1100-M25.4 | Plaque quart d’onde large bande |
| Sampler | THORLABS | BSN11 | 10:90 Séparateur de faisceau |
| Dichroic Mirror | THORLABS | DMSP1000 | D’autres dichroïques avec une longueur d’onde centrale d’environ 1 000 nm peuvent être utilisés. |
| DMSO (Dimethyl sulfoxy) | Sigma Aldrich | 472301 | Solvant pour l’étalonnage du décalage Raman. D’autres solvants avec des pics Raman connus peuvent être utilisés. |
| Modulateur d’amplitude électro-optique | THORLABS | EO-AM-NR-C1 | Deux EOM sont nécessaires pour la modulation orthogonale et l’imagerie à deux canaux. La version résonante est recommandée afin d’utiliser une tension d’entraînement plus faible. |
| false H&E Staining Script | Matlab | https://github.com/TheFuGroup/HE_Staining | |
| Fanout Buffer | PRL-414B | Pulse Research Lab | 1:4 TTL/CMOS Fanout Buffer and Line Driver, pour générer la fréquence d’entraînement EOM et la référence au lock-in |
| Fast Photodiode | THORLABS | DET10A2 | Détecteur Si, 1 ns Temps de montée |
| Diviseur de fréquence | PRL-220A | Laboratoire de recherche sur les impulsions | TTL Freq. Divider (f/2, f/4, f/8, f/16), for générant 20 MHz à partir de la sortie laser. |
| Tiges de verre hautement dispersives | Union Optic | CYLROD01 | High dispersion H-ZF52A Rod lens 120 mm, SF11 Rod objectif 100 mm |
| Insight DS+ | Newport | Système laser capable de produire deux lasers pulsés synchronisés (un faisceau fixe à 1 040 nm et un faisceau accordable, allant de 680 à 1 300 nm) avec un taux de répétition de 80 MHz. | |
| Lock-in Amplifier | Liquid Instruments | Moku Lab | Amplificateur de verrouillage pour extraire le signal SRS de la photodiode. Un instrument Zurich Instrument HF2LI ou un instrument similaire peut également être utilisé. |
| Mirrors | THORLABS | BB05-E03-10 | Miroir diélectrique à large bande, 750 - 1,100 nm. Des miroirs argentés peuvent également être utilisés. |
| Motorized Delay Stage | Zaber | X-DMQ12P-DE52 | Étape de retard pour un contrôle précis du chevauchement temporel de la pompe et des lasers Stokes. Toute autre scène motorisée devrait fonctionner. |
| Condenseur à immersion d’huile | Nikon | CSC1003 | 1.4 NA. D’autres condenseurs avec NA>1.2 peuvent être utilisés. |
| Oscilloscope | Tektronix | TDS7054 | Tout autre oscilloscope avec une bande passante de 400 MHz ou supérieure devrait fonctionner. |
| déphaseur | SigaTek | SF50A2 | Pour décaler la phase de la fréquence de modulation |
| Photodiode | Hamamatsu Corp | S3994-01 | Diode PIN en silicium avec grande surface (10 x 10 cm2). D’autres diodes de grande surface et de faible capacité peuvent être utilisées. |
| Répartiteur de faisceau polarisant | Union Optic | PBS9025-620-1000 | Séparateur de faisceau polarisant à large bande |
| base de données d’index refactive | refractiveindex.info | ||
| Retro-reflector | Edmund Optics | 34-408 | Prisme à angle droit BBAR. D’autres prismes ou rétroréflecteurs peuvent être utilisés. |
| Amplificateur de puissance RF | Minicircuits | ZHL-1-2W+ | Gain Block, 5 - 500 MHz, 50 Ω |
| Scan Mirrors | Cambridge Technologies | 6215H | Nous avons utilisé un ensemble de miroirs de 5mm avec revêtement argenté |
| ScanImage | Vidrio | ScanImage Basic | Logiciel de contrôle de microscope à balayage laser |
| Filtre passe-court | THORLABS | FESH1000 | Filtre passe-court haut de gamme de 25,0 mm, longueur d’onde de coupure : 1 000 nm. Pour une suppression efficace des Stokes, deux filtres peuvent être nécessaires. |
| Microscope vertical | Nikon | Eclipse FN1 | N’importe quelle autre monture de microscope peut être utilisée. Si un microscope à balayage laser est disponible, il peut être utilisé directement. Sinon, il fallait ajouter un scanner galvo et un objectif de balayage au microscope. |
| Objectif d’immersion dans l’eau | Olympus | XLPLN25XWMP2 | L’objectif multiphoton 25X a un NA de 1,05. D’autres objectifs similaires peuvent être utilisés. |