Method Article

יישום של מיקרוסקופ לא לינארית על בסיס פיזור ראמאן מגורה

DOI:

10.3791/59614

⸱

July 6th, 2019

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

In This Article

Summary

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

בכתב יד זה, היישום של מיקרוסקופ ראמאן מגורה (SRS), המתקבל על ידי שילוב של הגדרת הניסוי SRS הערכה עם מיקרוסקופ סריקת לייזר, מתואר. מיקרוסקופ SRS מבוסס על שני מקורות לייזר (שניים), טי-ספיר (Ti: Sa) ומתנד פרמטרי אופטי מסונכרן (פופו).

Abstract

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

מיקרוסקופית פיזור ראמאן (SRS) משתמש באור עירור הקרוב לאינפרא-אדום; לפיכך, היא חולקת הרבה תכונות הדמיה רב-פוטון מיקרוסקופיים. מודאליות של הדמיה SRS ניתן להשיג באמצעות מיקרוסקופ מסחרי סריקת לייזר על ידי הציוד עם גלאי הקדמי לא מסורק עם מסננים הנכון bandpass ו נעל-in מגבר (LIA) זיהוי תוכנית. פריסה סכמטית של מיקרוסקופ SRS אופייני כולל את הפרטים הבאים: שני קרני לייזר פעמו, (כלומר, המשאבה והבדיקה מכוונת במיקרוסקופ סריקה), אשר חייב להיות חופפים בחלל ובזמן במישור התמונה, ואז ממוקד על ידי מטרה מיקרוסקופ לתוך המדגם דרך שתי מראות סריקה (SMs), אשר רסטר את הנקודה המוקד על פני מטוס x-y. לאחר האינטראקציה עם המדגם, פולסים פלט ששודרו נאספים על ידי המטרה העליונה נמדדת על ידי מערכת זיהוי קדימה שנוספה במיקרוסקופ הפוך. פולסים משאבה מוסרים על ידי ערימה של מסננים אופטיים, ואילו פולסים בדיקה כי הם תוצאה של תהליך SRS המתרחשים נפח המוקד של הדגימה נמדדת על ידי פוטודיודה (PD). הבדיקה של המשטרה היא מאוד מדולמת על ידי ה-LIA כדי לחלץ את עומק האפנון. תמונה דו-ממדית (דו-ממדית) מתקבלת על ידי סנכרון יחידת הזיהוי הקדמי עם יחידת סריקת המיקרוסקופ. במאמר זה, היישום של מיקרוסקופ SRS מתואר והפגינו בהצלחה, כמו גם את הדיווח של תמונות ללא תווית של חרוזי פוליסטירן עם קטרים של 3 μm. ראוי לציין כי מיקרוסקופים SRS אינם זמינים מסחרית, כך על מנת לנצל את המאפיינים הללו, הבנייה ביתית היא האפשרות היחידה. מאז מיקרוסקופ SRS הופך פופולרי בתחומים רבים, הוא האמין כי תיאור זה זהיר של יישום מיקרוסקופ SRS יכול להיות מאוד שימושי עבור הקהילה המדעית.

Introduction

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

ביישומי מדעי החיים, מיקרוסקופ SRS התפתחה ככלי רב עוצמה עבור דימות ללא תווית. הרעיון הבסיסי של מיקרוסקופ SRS הוא לשלב את עוצמת הניגודיות התנובותית ואת יכולתה להשיג תמונות בתוך שניות ספורות.

SRS הוא תהליך שבו הפרש התדירות בין שני תדרי קרני לייזר (אות משאבה ואות סטוקס בתדרים שונים) מתאים את הרטט המולקולרי של דגימת נחקר, וגורם מגורה פיזור ראמאן ומשמעותי עליה. באות של סטוקס בניגוד ליניארי ספקטרוסקופית ראמאן, SRS מציג תלות לא לינארית על שדות האור הנכנסות ומייצרת קרינה קוהרנטית. ל-SRS יש שני יתרונות בסיסיים: 1) מהירות, מה שהופך את התמונות לרגישות פחות לחפצי אמנות הנובעים מתנועה לדוגמה או השפלה, ו-2) יחס מעולה של אות לרעש (SNR). בנוסף, srs מציג ספק....

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

Protocol

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

1. מפעיל את מערכת הלייזר

  1. בדקו אם הטמפרטורה של הצ נשמרת בשעה או מתחת ל-20 ° c.
  2. בדוק אם יחידת בקרת הלחות פועלת כהלכה והלחות נשמרת בערך סביב 40%.
  3. הפעל את לייזר Ti: Sa באופן מדויק, בהתאם להוראות שבמדריך.
  4. הגדר את אורך הגל כדי 810 ננומטר.
  5. הפעל את ה-פופו ואת המחשב המצומצם המחובר. הפעל את היישום ששולט על לייזר פופו.
  6. בחר באפשרות עקיפה אם 100% מפלט הלייזר של האבטחה הקריטי נדרש ביציאה מהתיבה פופו.
  7. בטלו את הבחירה בעקיפה אם 20% מתפוקת הלייזר של Sa ופלט הלייזר הפופו נדרשים ביציאה מהתיבה פופו.
  8. פתח את התריס של Ti: sa ושחרר את קרן Ti: sa לקלט ה-פופו.
    9. ....

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

Results

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

דוגמה למדידה SRS (כלומר, מדידת SRS בנקודה אחת של המדגם) מדווחת באיור 7. כאשר הקורות אינם חופפים בזמן או במרחב, התוצאה המתקבלת מדווחת באיור 8a. בתהודה מרחוק, משרעת האות הנמדדת על ידי LIA היא אפס, בעוד שהשלב של האות שנמדד על ידי לוליה מדלג בין ערכים שליליים וחיוביים. בעוד, כאשר הקורות חופפים בחלל, הזזת קו ההשהיה בטווח המתאים, התוצאות המתקבלות מדווחות באיור 8b. האות שנמדד על ידי LIA מגדיל ומגיע למקסימום כאשר הקורות מסודרים בצורה מושלמת בזמן,.......

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

Discussion

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

מיקרוסקופ SRS לקח הדמיה ללא תווית לגבהים חדשים, במיוחד במחקרים של מבנים ביולוגיים מורכבים כגון שומנים, שהם בסיסיים לתאים ולארכיטקטורה סלולרית. שומנים מעורבים במסלולים פיזיולוגיים מרובים כגון ייצור של ממברנות ביולוגיים, והם משמשים כלסמנים biosynthetic ו מתמרים אותות10. שומנים הם ארוזים לתוך האורגתאי תאיים מיוחדים, נקרא גם טיפות שומנים (מקרא). הקטרים שלהם משתנים ממספר עשרות נאנמטרים לעשרות מיקרומטר11,12. המולד לא רק משתתף בשפע בתאי האדיפוז-ו.......

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

Disclosures

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

המחברים אינם מצהירים על ניגודי אינטרסים.

Acknowledgements

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

אנו מעריכים V. Tufano מ IMM CNR עבור סיוע טכני יקר שלו ג'אקומו Cozzi, מומחה מוצר ממכשירים ניקון, עבור דיונים שימושיים תמיכה רציפה. עבודה זו נתמכת באופן חלקי על ידי האיטלקי הלאומי תוכניות PONa3 00025 (BIOforIU) ועל ידי היורו-Bioדימות פרויקט בקנה מידה גדול של תשתית מחקר panEuropean.

....

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
כלי השקעהNikonNikon C2Toolכלי נתמך
APE תוכנת בקרת קישור דופקAPE-APEבקרת קישור דופקבקרת תוכנה בקרת
מתאם אוטומטיAPEAPE PulseCheck USB 50גלאי מתאם אוטומטי
ThorlabsThorlabs DET10Aפוטודיודה
ThorlabsThorlabsVRC IR גלאי
מראה דיכרואיתSemrockSemrock FF875-Di01-25X36מראה דיכרואית
מראה דיכרואיתSemrockFF875-Di01-25x36מראה דיכרואית
EOMConoptics(EOM CONOPTICS 3350-160 KD*P).תא פוקלס
גלאי מהירThorlabsThorlabs DET025AL/Mפוטודיודה
יחידת סריקת מראה מהירהNikonC2Microscpe ראש סריקה
לייזר Femtosecond Ti: SAקוהרנטי קוהרנטיזיקית Ultra IIזיקית Ultra II
מחולל פונקציותTTiTG5011 AIM – מחולל פונקציות
מיקרוסקופ אופטי הפוךNikonEclipse TE-2000-E, NikonEclipse TE-2000-E, מגבר נעילה של ניקון
מחקר סטנדפורדSR844-200 MHzמגבר נעילה כפול פאזי A מבית מסנן חריץ של מערכות מחקר של סטנפורד
, מסנןחריץSemrockNF03-808E-25
קו עיכוב אופטיניופורטניופורט M-ILS200CCקו עיכוב אופטי מתכוונן
מתנד פרמטרי אופטיקוהרנטיקוהרנטי קוהרנטי קומפקטיOPO קוהרנטי
OPO אוסילוסקופWaveRunner640Zi 4GHz OSC/LeCroyאוסצילוסקופ דיגיטלי
PCI כרטיס מכשירלאומיNI PCIe 6363כרטיס חבילת נתונים
חיישני מיקום גלאיםניופורטניופורט Conex PSD9חיישן גלאי מיקום
ראש מד כוחקוהרנטיPowerMax PM10,גלאי כוח לייזר
שלבי תרגוםThorlabsThorlabs PT1/Mשלב תרגום מכני עם מיקרומטר סטנדרטי
תוכנת כרטיס גלאי כרטיס TTi מערכת

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