Comparaison directe de la diffusion Raman stimulée hyperspectrale et de la microscopie à diffusion Raman anti-Stokes cohérente pour l’imagerie chimique

Matthew G. Clark; Kent A. Brasseale III; Gil A. Gonzalez; Gregory Eakins; Chi Zhang

doi:10.3791/63677

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Article de méthode

Comparaison directe de la diffusion Raman stimulée hyperspectrale et de la microscopie à diffusion Raman anti-Stokes cohérente pour l’imagerie chimique

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DOI :

10.3791/63677

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28 avril 2022

Matthew G. Clark¹ , Kent A. Brasseale III¹ , Gil A. Gonzalez¹ , Gregory Eakins¹ , Chi Zhang¹

¹Department of Chemistry, Purdue University

Dans cet article

Résumé

Cet article compare directement la résolution, la sensibilité et les contrastes d’imagerie de la diffusion Raman stimulée (SRS) et de la diffusion Raman anti-Stokes cohérente (CARS) intégrées dans la même plate-forme de microscope. Les résultats montrent que CARS a une meilleure résolution spatiale, SRS donne de meilleurs contrastes et une meilleure résolution spectrale, et les deux méthodes ont une sensibilité similaire.

Résumé

La diffusion Raman stimulée (SRS) et la microscopie cohérente anti-diffusion Raman (CARS) sont les technologies d’imagerie par diffusion Raman cohérente les plus largement utilisées. L’imagerie hyperspectrale SRS et CARS offre des informations spectrales Raman à chaque pixel, ce qui permet une meilleure séparation des différentes compositions chimiques. Bien que les deux techniques nécessitent deux lasers d’excitation, leurs schémas de détection de signal et leurs propriétés spectrales sont très différents. L’objectif de ce protocole est d’effectuer à la fois l’imagerie hyperspectrale SRS et CARS sur une seule plate-forme et de comparer les deux techniques de microscopie pour l’imagerie de différents échantillons biologiques. La méthode de focalisation spectrale est utilisée pour acquérir des informations spectrales à l’aide de lasers femtosecondes. En utilisant des échantillons chimiques standard, la sensibilité, la résolution spatiale et la résolution spectrale de SRS et CARS dans les mêmes conditions d’excitation (c.-à-d. puissance à l’échantillon, temps de séjour en pixels, lentille d’objectif, énergie d’impulsion) sont comparées. Les contrastes d’imagerie de CARS et SRS pour les échantillons biologiques sont juxtaposés et comparés. La comparaison directe des performances CARS et SRS permettrait une sélection optimale de la modalité d’imagerie chimique.

Introduction

Le phénomène de diffusion Raman a été observé pour la première fois en 1928 par C. V. Raman¹. Lorsqu’un photon incident interagit avec un échantillon, un événement de diffusion inélastique peut se produire spontanément, dans lequel le changement d’énergie du photon correspond à une transition vibratoire des espèces chimiques analysées. Ce processus ne nécessite pas l’utilisation d’une étiquette chimique, ce qui en fait un outil polyvalent et sans étiquette pour l’analyse chimique tout en minimisant la perturbation des échantillons. Malgré ses avantages, la diffusion Raman spontanée souffre d’une faible section de diffusion....