Multifoton Mikroskopisi için Tüm Normal Dağılımlı Femtosecond Fiber Lazerin Düşük Maliyetli Özel İmalat ve Mode-kilitli Çalışması
22 Kasım 2019
Multifoton mikroskopi, endoskopi ve fototıp potansiyel uygulamalar için özel bir düşük maliyetli, mod kilitli femtosaniye fiber lazer oluşturmak için bir yöntem sunulmaktadır. Bu lazer ticari olarak kullanılabilir parçalar ve temel birleştirme teknikleri kullanılarak inşa edilmiştir.
Femtosecond pulse lazerler multifoton miskroskopi geniş uygulamalara sahiptir. Bu protokol kompakt bir femtosecond all-normal dispersiyon fiber lazer imal etmek için kullanılabilir, sağlam, ve ucuz. Ticari katı hal ultrahızlı lazerler ile karşılaştırıldığında, sadece ticari olarak kullanılabilir parçalardan oluştuğu için bu teknikte üretilen lazer çok daha az maliyetlidir.
Ayrıca, fiber lazerler su soğutma gerekmez, bu yüzden sistemin boyutu daha küçüktür. Son olarak, fiber bileşenler insidansı gerektirmez, bu da sistemi titreşime karşı sağlam hale getirir. Ticari olarak mevcut sistemlerin aksine, bu lazer istenmeyen ışınları engellemek için bir kapak yok.
Lazeri monte etmek ve çalıştırmak için deneyimli personele ihtiyaç vardır. Bazı denemeler, yazılı yönergeleri takip ederken bazı gereksiz ayrıntıları kaçırma olasılığı çok yüksek olduğundan, tekrarlanabilir gibi görünür. Video gösteriminde, izleyiciler hiçbir şeyi kaçırmaz.
Daha değerli fiber optik malzemeler kullanılmadan önce birleştirme ekipmanının doğru performansını sağlamak için tek modlu lifleri veya Kobİ'leri birleştirerek başlayın. Bir fiber sıyırma aracı ile lif yaklaşık 30 milimetre şerit. Kırılgan lifler ile çalışıyorsa, bir jilet dikkatle tampon soymak için kullanılabilir.
Soyulmuş lif temizlemek için etanol veya isopropanol ile bir tiftik içermeyen doku kullanın. Silme sırasında bir uğultu sesi lif yeterince temiz olduğunu gösterir. Sonra, lif tutucuyu lif tutucunun üzerine yerleştirin ve bıçağın, plakanın lif kıskacının ve lif tutucunun temiz olduğundan emin olun.
Liftutucuye dikkatlice yükleyin ve yaklaşık 25 milimetrelik temiz lifi sıkıştırarak sıkan serbest ucundan temiz lif bırakın. Yavaşça beşi üzerindeki lif kelepçesini kapatın. Lif üzerinde aşırı gerilimi önlemek için kelepçeyi yeniden açın ve kapatın.
Kes düğmesine bastığında, bayr otomatik olarak lif keser. Plastik yuvarlak ipuçları ile cımbız kullanın bir keskin bertaraf konteyner için lif kesip parça taşımak ve füzyon splicer için lif tutucu aktarın. İkinci lif ihya etmek için işlemi tekrarlayın.
Birlikte birleştirilmiş iki lif lif splicer içinde lif tutucuları tarafından birbirine karşı gelen uçları cleaved olmalıdır. Splicer'ın kapağını kapatın ve Çekirdek Çapı, Mod Alanı Çapı ve Kaplama Çapı gibi parametreleri ayarlayın. Hizalama yöntemini Kaplamaya ayarlayın, Ayardüğmesine basın ve splicer otomatik olarak hizalanır.
Hizalamanın kalitesini doğrulamak için her durakta Ayarla düğmesine basın. Splice otomatik olarak yapılacaktır. Splicer kalite kontrolleri yanı sıra bölgenin kamera görünümünü kullanarak splice kalitesini kontrol edin.
İyi bir splice hiçbir splice juncture görünür olduğu gibi lif boyunca düzgün bir kaplama sınırı ve düzgün parlaklık vardır. Sonra, splicer kapağı ve bir lif tutucuları açın. İsteğe bağlı olarak, bir lif kol splice korumak için eklenebilir ve splicer ısıtıcı lif üzerine kol kalıp için kullanılabilir.
Birleştirici çıkışını ytterbium-doped aktif elyafına birleştirin. Birleşim çıktısı elyafını cleave için daha önce açıklanan yordamı izleyin. Kaplama şekli nedeniyle, aktif lif ilk sonra kaldırılacak tek modlu lif bir parça ile spliced olmalıdır.
Tek modlu elyafı bir tel kesici ile birleştirme noktasından yaklaşık iki santimetre kesin. Daha sonra, tek modlu fiber ve aktif fiber 0.5 santimetre tamponsuz tek modlu fiber iki santimetre ile kaplı bırakacaktır tüm uzunluğu şerit. Aktif elyafı, sadece tek modlu fiberin fiber kelepçeile kenetlenmesinden emin olmak için yarıcıya yükleyin.
Bu noktadan itibaren, lif inayrılması ve birleştirilmesi için daha önce açıklanan prosedürü izleyin. Güvenlik en önemli önceliktir. Keskin nesne kutusuna her bir lif parçası koymayı unutmayın.
Ayrıca, lazer güvenlik gözlükleri pompa çalışırken uyarılmalıdır. Osiloskopu açın ve aleti tetik seviyesi 30 milivolt olarak ayarlanmış AC kaplin moduna ayarlayın. Optik spektrum analizörü fotodiyot giriş lifini monokromatik girişe taşıyın ve cihazı OSA moduna ayarlayın.
Daha sonra dalga plakalarını ayarlayarak lazerin fazını kilitleyin. Çeyrek Dalga Plakası 2'yi birkaç derece ileri geri döndürün. Mod kilitleme spektrumu aralarında bir plato ile iki kararlı zirveleri oluşur.
Bu arada, osiloskop üzerinde istikrarlı bir darbe tren gözlemlemek. Mod kilitleme spektrumu gözlemlenmiyorsa, Çeyrek Dalga Plakası 1'i tek bir yönde birkaç derece döndürün ve önceki adımı tekrarlayın. Spektrum hala gözlemlenmiyorsa, birefringent filtresini birkaç derece döndürün ve işlemi tekrarlayın.
Mod kilitli operasyon fiber lazer imalatı tamamlandıktan sonra doğrulandı. Lazer osilatörün darbe spektrum çıkışı, sayısal simülasyonda öngörüldüğü gibi mod kilitlemeyi gösteren karakteristik kedi kulağı şekliile 1070 nanometreye yakın ortalanmıştır. Mod kilitleme için daha fazla tanı olarak, darbe süresi ve darbe tekrarlama güç spektrumları sırasıyla otokorelatör ve radyo frekans spektrum analizörü kullanılarak ölçüldü.
70 femtosaniyelik nabız süreleri ölçüldü. Darbe stabilitesi, ortalama çıkış gücünü ve darbe spektrumu sürekli olarak izleyerek test edilmiştir. Lazer kurulumu titreşim sönümleme ile yüzen bir optik masaya monte edildiğinde, güç kayması aktif soğutma olmadan 24 saat içinde% 3,5'ten daha az oldu.
Mod kilitleme doğruladıktan sonra, görüntüleme performansı basit test hedefleri ve biyolojik numuneler kullanılarak test edildi. Flüoresans, sinyalin örnek düzleme verilen lazer gücüne dört kat bağlı olduğunu doğrulayan darbe gücünün ayarlamaları sırasında ölçüldü. Lekeli ve lekesiz biyolojik örnekler özel olarak inşa edilmiş fiber lazer kullanılarak görüntülendi.
İki foton uyarma ek bir doğrulama olarak, çok renkli floresan mikrokürelerin toplanan hiperspektral görüntüleri ticari diyot lazerler ile doğrusal uyarma tarafından çekilen görüntüler ile karşılaştırıldı. Son olarak, diyot lazer ile özel FS fiber lazer ile heyecanlı yeşil ve kırmızı boncuk normalleştirilmiş spektrumlar karşılaştırıldı. Boş alan bileşeni, sağlamlığı ve hareketliliği daha da artırabilecek ilgili lif parçalarıyla değiştirilebilir.
Tüm lif sistemi klinik senaryolar için bir sepete konabilir. Boş alan bileşeni, sağlamlığı ve hareketliliği daha da artırabilecek ilgili lif parçalarıyla değiştirilebilir. Tüm lif sistemi klinik senaryolar için bir sepete konabilir.
Bu teknolojinin etkisi açık bir sorudur. Bunun araştırmacılara femtosecond lazer teknolojisine yeni erişim sağlayacağını ve yeni yayınlar geliştirmelerini sağlayacağını tahmin ediyoruz.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu makale, çok fotonlu mikroskopi, endoskopi ve fototıp alanlarında potansiyel uygulama alanları olan, düşük maliyetli, mod kilitli bir femtosaniye fiber lazer oluşturma yöntemini sunmaktadır. Lazer, ticari olarak temin edilebilen parçalar ve temel ekleme teknikleri kullanılarak inşa edilmiş olup araştırmacılar için erişilebilir bir seçenek sunmaktadır.
Temel Çalışma Bileşenleri
Bilim Alanı
- Nörobilim
- Optik
- Biyomedikal Mühendisliği
Arka Plan
- Femtosaniye darbeli lazerler, çok fotonlu mikroskobide temel araçlardır.
- Maliyet etkinliği ve kompakt yapı gibi özellikleriyle, geleneksel katı hal ultra hızlı lazerlere göre avantajlar sunarlar.
- Fiber lazerler, su soğutma ihtiyacını ortadan kaldırarak sistem boyutunu küçültür.
- Hizalama gereksinimlerinin olmaması nedeniyle bu lazerler titreşimlere karşı dayanıklıdır.
Çalışmanın Amacı
- Ticari ultra-hızlı lazerlere maliyet etkin bir alternatif sunmak.
- Femtosaniye lazerlerin çeşitli biyomedikal uygulamalarda kullanımını kolaylaştırmak.
- Kolayca temin edilebilen bileşenler kullanarak bir lazer inşa etmenin fizibilitesini göstermek.
Kullanılan Yöntemler
- Femtosaniyelik tüm-normal dağılımlı bir fiber lazerin kurulumu.
- Montaj için ticari olarak mevcut parçaların kullanımı.
- Temel ekleme (splicing) tekniklerinin uygulanması.
- Lazerin çok fotonlu mikroskopi performansının değerlendirilmesi.
Ana Sonuçlar
- Kurulan lazer kompakt ve dayanıklıdır.
- Ticari alternatiflere kıyasla maliyetleri önemli ölçüde azaltır.
- Sistemin tasarımı, mevcut düzeneklere kolay entegrasyon sağlar.
- Performans testleri, çok fotonlu mikroskopi uygulamaları için uygun olduğunu göstermektedir.
Sonuçlar
- Bu yöntem, femtosaniye lazerlere ihtiyaç duyan araştırmacılar için uygulanabilir bir seçenek sunmaktadır.
- Düşük maliyetli tasarım, gelişmiş görüntüleme tekniklerine daha geniş erişimi teşvik etmektedir.
- Gelecekteki çalışmalar, fototıpta daha fazla geliştirme ve uygulamayı araştırabilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Sektörel Uygulama ve Önem
Bu protokol, biyofarma Ar-Ge ekiplerinin çok fotonlu mikroskopi uygulamaları için kompakt ve düşük maliyetli femtosaniye lazer sistemleri geliştirmesine olanak tanıyarak ileri görüntüleme yöntemlerine erişimdeki sermaye engellerini azaltmaktadır. Ticari olarak mevcut fiber bileşenlerin ve standart ekleme tekniklerinin kullanılmasıyla bu yaklaşım, preklinik görüntüleme iş akışlarında hızlı prototipleme ve uygulamayı desteklemektedir. Sistemin dayanıklılığı ve taşınabilirliği, translasyonel araştırmaları ve potansiyel olarak hasta başı veya intraoperatif görüntüleme platformlarına entegrasyonu kolaylaştırmaktadır.
Biyofarma Ar-Ge'de Stratejik Uygulamalar
Erken Keşif ve Hedef Doğrulama
- Bilimsel Değer: Hastalık modellerinde hedef etkileşimini ve yolak modülasyonunu doğrulamak için hücresel ve hücre altı yapıların yüksek çözünürlüklü görüntülenmesini sağlar.
- Operasyonel Değer: Kantitatif iki foton uyarımı ve tutarlı floresan okumaları için temel teşkil eden tekrarlanabilir darbe özellikleri sunar.
Tarama ve Analiz Geliştirme
- Bilimsel Değer: Doku örneklerinin derinlik çözünürlüklü analizi için hassas zamansal odaklama gerektiren etiketsiz ve floresan görüntüleme analizlerini destekler.
- Operasyonel Değer: 31 MHz tekrarlama hızında kararlı 70 fs darbeler sağlayarak yüksek kapasiteli tarama plakaları boyunca tutarlı uyarılma verimliliği sunar.
Translasyonel ve Preklinik Araştırmalar
- Bilimsel Değer: Düşük ortalama güç gereksinimleri sayesinde, taze doku örneklerinin ve intravital modellerin minimum fotohasarla görüntülenmesine olanak tanır.
- Operasyonel Değer: Tamamı fiberden oluşan tasarım, minimal invaziv preklinik görüntüleme için el tipi veya endoskopik problara entegrasyona imkan sağlar.
İş Hattı ve İş Akışı Entegrasyonu
Lazer sistemi, hedef doğrulamasından preklinik görüntülemeye kadar uzanan keşif sürekliliğine uyum sağlar; burada güvenilir pals iletimi, mekanistik okumalar ve biyobelirteç tespiti için kritik öneme sahiptir.
- Keşif Biyolojisi: Canlı hücrelerde protein lokalizasyonu, kalsiyum akışı ve metabolik aktivitenin çok fotonlu görüntülemesi yoluyla hipotez testlerini destekler.
- Tarama: Tutarlı darbe enerjisi ve spektral kararlılık sayesinde analiz hazırlığına olanak tanıyarak floresan tabanlı okumalardaki değişkenliği azaltır.
- Analitik: Lazer parametrelerini biyolojik yanıtlarla ilişkilendirmek için darbe süresi, spektrum ve güç kararlılığı dahil olmak üzere kantitatif çıktılar sağlar.
- Translasyonel Araştırma: Ex vivo dokuların ve küçük hayvan modellerinin hücresel alt çözünürlükte görüntülenmesini sağlayarak preklinik süreklilikle bağlantı kurar.
- Kurumsal Yeniden Kullanım: Modüler, tamamen fiber mimari, birden fazla görüntüleme platformunda yeniden kullanıma ve fiber bileşenler aracılığıyla farklı dalga boyu aralıklarına adaptasyona izin verir.
Operasyonel ve Kurumsal Etki
- Bilimsel Değer: Doğrulanmış mod-kilitli çalışma ve iki-foton sinyallerinin kuadratik güç bağımlılığı yoluyla görüntüleme verilerinde öngörüsel güvenilirlik.
- Operasyonel Değer: Ticari olarak temin edilebilen bileşenler ve belgelenmiş ekleme prosedürleri aracılığıyla standartlaştırma, laboratuvarlar arasındaki kurulum değişkenliğini azaltır.
- Stratejik Değer: Klinik olarak ilgili görüntüleme modalitelerini kullanarak, sağlam doku sistemlerinde ilaç etkilerinin erken doğrulanmasına olanak tanıyarak geç evre biyolojik riskleri azaltır.
- Portföy Etkisi: Lider optimizasyonundaki devam/dur kararlarını bilgilendirmek için mekanistik görüntüleme verileri sağlayarak riskle uyumlu ilerlemeyi destekler.
Uygulama Hususları
- Montaj ve çalıştırma için fiber optik ekleme ve lazer güvenliği protokollerinde uzmanlık gereklidir.
- Enstrümantasyon ihtiyaçları arasında pals karakterizasyonu için optik spektrum analizörleri, otokorelatörler ve RF spektrum analizörleri yer almaktadır.
- Ekipler arası standardizasyon, gerçek çalışmayı gürültü benzeri çalışmadan ayırt etmek için mod-kilitleme doğrulama teknikleri üzerine eğitim gerektirir.
- Adaptasyon hususları arasında, klinik veya endüstriyel ortamlar için dayanıklılığı artırmak amacıyla serbest uzay bileşenlerinin fiberle iletilen versiyonlarla değiştirilmesi yer alır.
- Pratik kısıtlamalar arasında, fiber fragmanlarının dikkatli bir şekilde taşınması gerekliliği ve ilk kavite kurulumu sırasındaki hizalama hassasiyeti bulunmaktadır.
