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锁相放大器用于生物样品双通道和多仪器模式SRS显微技术的研究本文由昊量光电翻译整理,文章内容由华盛顿大学化学系的 Brian Wong 和 Dan Fu 提供,并由Liquid公司提供原文。一.简介拉曼散射光谱为生物分子的特异性检测和分析提供了化学键的固有振动指纹。那么什么是受激拉曼散射显微镜?受激拉曼散射(SRS)显微技术是一种相对较新的显微技术,是一种相干拉曼散射过程,允许使用光谱和空间信息进行化学成像[18],由于相干受激发射过程[1]能产生约103-105倍的增强拉曼信号,可以实现高达视频速率(约25帧/s)[2]的高速成像。SRS显微镜继承了自发拉曼光谱的优点, 是一种能够快速开发、 ...
结构光照明显微技术简介数字全息显微是一种最为常用的定量相位显微技术之一,传统数字全息显微通常采用平行于系统光轴的光束来对样品进行垂直照明, 因而其空间分辨率受到很大的限制。学者们提出了基于空间光调制器的条纹结构光照明和散斑照明数字全息显微技术。为了简化数字全息显微装置的结构并提高其空间分辨率,Latychevskaia 等人提出了一种基于全息图外推方法的无透镜数字全息显微技术。其它科学家将该方法成功应用于太赫兹同轴无透镜数字全息显微中。高兆琳、刘瑞桦等老师在研究基于数字微镜阵列的高分辨率定量相位和超分辨荧光双模式显微技术时应用了这种技术。荧光显微成像中,可获取精细结构的信息,但荧光标记对实验体 ...
单频CARS与SRS显微系统单频CARS/SRS显微镜最具挑战性的部分是激发源,它必须产生两个同步的激光脉冲---泵浦和斯托克斯,需具有以下几点特征:1. 频率失谐在500和之间连续变化,以覆盖所有相关的振动跃迁。这意味着至少有一个泵浦/斯托克斯脉冲是广泛可调的。例如,假设一个固定的泵浦波长为800纳米,斯托克斯必须在835和1110 nm。2.脉冲持续时间为1 - 2 ps,对应于变换限制脉冲的带宽为以这种方式匹配压缩相中振动跃迁的典型线宽。这种选择优化了峰值功率和光谱分辨率之间的权衡。最佳脉冲持续时间也可以取决于实验条件,因为已经表明,在某些情况下,响应是一个与时间相关的函数,因此信号可以 ...
SRS相对于自发拉曼与CARS的优点SRS是另一种相干拉曼散射(CRS)过程,其激发条件与共振CARS相同。与自发拉曼散射不同,在自发拉曼散射中,样品被一个激发场照亮,SRS中两个激发场在泵浦频率ωp和斯托克斯频率ωs处重合在样品上。如果激发束的差频Δω = ωp−ωs与焦点内分子的振动频率Ω相匹配,即分子跃迁由于分子跃迁的刺激激发,速率提高。分子居群从基态通过虚态转移到分子的振动激发态(图1A)。这与自发拉曼散射相反,自发拉曼散射从虚态到振动激发态的转变是自发的,导致信号弱得多。图1.受激拉曼散射原理(A) SRS的能量图。泵浦和斯托克斯束的共同作用通过虚态有效地将样品中的分子从基态转移到第 ...
傅里叶光场显微成像技术—2D显微镜实现3D成像摘要:近年来,光场显微技术的应用越来越广泛,针对光场显微镜的改进和优化也不断出现。目前市场各大品牌的2D显微镜比比皆是,如何在其基础上实现三维成像一直是成像领域的热门话题,本次主要讨论3D成像数字成像相机的研究,即3D光场显微镜成像技术,随着国内外学者通过研究提出了各种光场显微镜的改进模型,将分辨率、放大倍数等重要参量进行了显著优化,大大扩展了光场显微技术的应用领域。同时,由于近年来微型化集成技术的发展,微型化光场显微技术也逐渐成为国内外学者研究的热点。1.傅里叶光场显微成像技术在国内外的发展2014年,Rober等人在核荧光显微镜的像平面上放置了 ...
声光偏转器(AODF)在高速细胞分选中的关键作用:ICS技术简介快速和选择性地分离具有独特空间和形态特征的单细胞仍然是一个技术挑战。来自Science的这篇文章建立了一种基于高速成像的细胞分选(ICS)技术,借助声光偏转器调制产生的光斑线性阵列和信号分析系统来高速探测细胞的空间特征,使流式细胞术更上一层楼。自从流式细胞术被发明的50多年来,用其进行细胞分选一直是生物学家zui有效的工具之一。让研究人员得以从复杂的混合物中分离出感兴趣的细胞,而这一过程对于了解细胞的功能至关重要。这项技术的大规模升级,要归功于海德堡EMBL和BD Biosciences的研究人员提出的一种高速成像的细胞分选技术( ...
Lumencor固态光源在临床医学中的应用细胞遗传学 Cytogenetics荧光原位杂交(FISH)是细胞遗传学分析的基石。通常情况下,以多个光谱不同的荧光探针对样本进行检测,允许同时可视化变异核苷酸序列和对照核苷酸序列。理想显微镜光源的输出应提供相对于探针激发特性的光谱进行优化,并提供足够的光强可以从弱杂交信号中产生荧光。此外,常规细胞遗传学分析的样品处理量需要稳定、可靠和免维护的光源。为了满足这些要求,Lumencor高性能光引擎提供了zui好的现代固态照明技术。常用产品型号 CELESTA、SOLA、AURA、SPECTRA诊断测试 Diagnostic Testing由Lumenco ...
暗场成像的应用暗场显微镜是一种很好的成像技术,因为它允许研究人员观察样品中的细节和结构,而这些细节和结构可能很难用其他类型的显微镜(例如明场或荧光显微镜)看到。暗场显微镜的一些具体优点包括:1、高对比度:通过从侧面或背面照亮样品,暗场显微镜可以在黑暗背景下创建样品的明亮图像,从而更容易看到使用其他技术可能难以看到的细节和结构。2、提高分辨率:暗场显微镜产生的高对比度图像有助于提高图像的分辨率,使研究人员能够看到样品中更小的细节和结构。3、适用于透明样品:暗场显微镜对于研究透明样品特别有用,例如活细胞或小生物体,这些样品很难用其他技术看到。4、可用于多种样品:暗场显微镜可用于范围广泛的样品,包括 ...
共聚焦内窥显微成像技术及其应用前言:再过去的几十年中,内窥镜已被用于以微创或无创的方式观察人体内空腔内部或人体内部器官表面,以进行诊断或治疗。然而,临床上常用的普通白光内窥镜和放大内窥镜的分辨率低、对比度差,需要通过病理活检来确诊。近年来,新应用于临床的窄谱技术通过光学或数字滤波的方式利用蓝光照射组织,以强化黏膜表面的细微结构和微血管形态,提高成像对比度,但仍未解决成像分辨率低的问题。因此,白光和窄带光内窥镜无法实现真正的光学活检,严重降低了诊断的准确性。共聚焦内窥镜由于分辨率可达亚微米量级并且具有光学切片的能力,可以呈现出与病理活检高度一致的细胞形态。共聚焦内窥显微成像技术在消化道、皮肤、眼 ...
成像与mapping在微纳米磁学中的应用成像在微纳米磁学中的作用固体中的磁性是通过邻近原子的电子之间的量子力学交换在局部尺度上产生的。在铁磁体中,交换有利于平行电子自旋,空间磁性结构可以从非常简单到非常复杂。除了特殊的样品形状外,均匀磁化在与偶极子之间的远程相互作用相关的能量方面具有静磁成本。如果偶极子不完全平行,则能量可以zui小化,从而形成磁畴。各向异性效应有利于磁化取向沿着某些晶体学方向进一步复杂化的情况。这种竞争的本质可以用所谓的“交换长度”来概括,交换长度决定了磁化方向发生重要变化的zui小尺度,通常在纳米范围内。在非平衡状态下,过剩能量的存在会导致额外的复杂性,包括成核和区域的生长 ...
【应用案例】Moku:Pro简化双色受激拉曼散射显微镜实验应用案例Moku:Pro简化双色受激拉曼散射显微镜实验介绍在华盛顿大学, 研究人员致力于双色受激拉曼散射(SRS)显微镜技术研究开发化学成像工具,用于早期癌症检测和了解神经退行性疾病进展。实验装置通常包括多个复杂的高性能仪器, 用于实时双色 SRS 成像或两个相距较远的拉曼跃迁的同步成像。现在,他们正在使用Moku:Pro锁相放大器和多仪器并行模式,仅通过Moku:Pro一台紧凑的多通道设备进行多种实验并捕捉低强度的SRS信号。面临挑战SRS是一种相干拉曼散射过程,可提供具有光谱和空间信息的化学成像。在典型的设置中,它使用两个同步脉冲激 ...
拉曼光谱成像模式的优化方法为了减少来自荧光对拉曼信号的影响,人们可以使用长波长激光,但是相应的拉曼信号会有所降低。目前,大多数拉曼成像是在700到900纳米之间进行的,在这个范围内,可以发现自发荧光和拉曼信号之间的妥协。即便如此,需要很长的采集时间来检测足够的光子,并获得可接受的信号噪声。在快速系统中,获取足够的光子来测量单个拉曼光谱大约需要0.5秒,这意味着通过点扫描获得一幅512 × 512像素的拉曼图像需要36小时。为了克服这一限制,人们已经开发了几种拉曼成像模式和技术,可分为两种主要策略:提高成像采集速度和提高信号强度。在第一种策略中,对图像采集设置进行了修改,以提高成像采集速度,以便 ...
相干拉曼显微系统的发展中遇到的新挑战尽管CRS具有非常理想的成像特性,但生物医学成像界对该技术的采用一直是一个缓慢且看似漫长的过程。CRS方法主要由一群敬业的开发人员推动,开始进入大学成像设施、神经科学实验室和临床环境。到本世纪末,CRS显微技术的商业化似乎有了足够的动力。第一个打入市场的CRS成像系统是由奥林巴斯生产的,几年后又由徕卡微系统公司生产了专用的相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)显微镜。人们希望CRS显微镜技术能够扩展到生物成像的其他领域,并且该技术能够作为生物研究的常规工具占有一席之地。尽管令人印象深刻的研究表明,CRS可以映射脂类以外的各种生物化学化合物,但该方法并没有轻易摆脱 ...
提高相干拉曼成像灵敏度的方法由于照射到样品表面的光功率受到样品损伤阈值的限制,提高CRS显微系统灵敏度的唯一可行方法就是增加分子响应器的有效拉曼截面。对于内源性化合物,拉曼截面是分子的固有性质,当激发波长远离电子共振时,拉曼截面基本上不会改变。然而,对于外部探针,当电子共振出现在激励束的频率附近时,拉曼截面可以显著提高。共振拉曼散射原理可应用到CRS系统的光激发中,达到相应提高分子浓度的检出限的作用。这一方法要求发色团表现出与电子共振良好耦合的振动模式。如受激拉曼散射系统(SRS)所示,当激发频率在电子跃迁附近调谐时,为荧光标记目的开发的荧光团显示高达倍的振动响应的出色增强。结果是这种荧光探针 ...
相干拉曼技术中光调制方案优缺点瓦级1064 nm斯托克斯激光束使用的峰值功率可以在紧聚焦时损坏声光调制器(AOMs)。但是对于高速调制,AOM需要激光聚焦入射。这是因为驱动调制的声波必须以垂直的方式穿过激光束腰。考虑到常用声光材料的声速,10 MHz调制需要的焦点光斑小于100 μm,由此产生的峰值强度过高。宽带电光调制器的使用也可能存在问题。这是因为宽带电光调制器利用高功率射频放大器与较长的电缆连接到相对笨重的调制器。这些电缆可以发射电磁干扰,使锁相放大器不堪重负。因此,电缆和放大器的小心放置和良好的屏蔽是必要的。也可以观察到“幽灵”效应,即系统的噪音水平取决于个人站在房间里的位置,因为人体 ...
相干拉曼技术中常用的扫描方案扫描有两种常用的方法:样品扫描和光束扫描。样品扫描提供了一个简单的设备,但通常较低的速度和较小的视野,而光束扫描更复杂的实现,对光学系统的性能要求更高,但提供了更大的视野和更高的成像速度。在样品扫描中,整个相干拉曼光学设置是固定的,样品相对于焦点平移。这意味着光学系统可以对准一个固定的激光束,这比在一系列可能的激光束位置上对准系统更容易。为了获得高的空间分辨率,需要一个平移阶段具有较高的精度和重复性要求。通常,采用压电驱动的弯曲级。这些阶段提供的步长和重复性远远超过光学显微镜(通常小于5 nm)和最大数百微米的平移所要求的。这种制度主要有两个缺点:一是图像的最大视场 ...
相干拉曼技术双束光同步的粗调与细调方法对于相干拉曼技术,两束激光必须在时间和空间上结合。常用的方法是使用二向色镜和几个转向镜进行精细调整,在空间上重叠光束相对简单。通常情况下,在组合光束路径中间隔约1米的两个光阑处的重叠可用于验证空间对准。可根据CARS或SRS信号强度进行微调。基于opo的系统中的时间重叠是通过基于反向反射器的被动延迟阶段来实现的,该延迟阶段允许在保持空间对齐的同时调整两个光束中的一个的路径长度(图1)。由于使用的激光系统的重复频率通常是80 MHz,两个脉冲之间的时间周期是p = 1/f = 12.5 ns。用这个周期乘以光速,得到距离约为3.75 m。因此,为了找到时间重 ...
搭建相干拉曼系统时如何验证信号的真伪与自发拉曼散射相比,CRS技术可以产生更强的振动敏感信号。CRS技术在光学显微镜中的普及与这些大大提高的信号水平密切相关,这使CRS显微镜的快速扫描能力成为可能。然而,除了更强的振动信号之外,相干拉曼相互作用还提供了丰富的探测机制,用于检查各种各样的分子特性。一般来说,CRS技术比自发拉曼技术对介质的拉曼响应提供了更详细的控制。所以在实际搭建相干拉曼系统时,会有诸多问题。当首次构建CARS或SRS显微镜时,很难确定PMT或锁相放大器探测器上观察到的信号的来源。然而,可以使用一个简短的检查表来验证信号的身份。通常情况下,应使用强谐振样品(例如,两个盖卡片之间的 ...
双光子衍射光学元件成像摘要:双光子成像已经成为神经电路光学监测的一种有用的工具,但它需要较高的激光功率和对样本中每个像素的串行扫描。这导致成像速率慢,限制了对神经元活动等快速信号的测量。为了提高双光子成像的速度和信噪比,我们对双光子显微镜进行了简单的改进,使用了一个衍射光学元件(DOE),它将激光束分成几个小束,可以同时扫描样品。我们通过增强新皮层大脑切片神经元动作电位双光子钙成像的速度和灵敏度,证明了DOE扫描的优势。DOE扫描可以很容易地提高双光子和其他非线性显微技术对时变信号的检测。我们将一个DOE放置在与物镜和检镜后孔径共轭的平面上(图1A)。这个元件在光程中被望远镜跟随,这是确保从D ...
使用Moku:Lab的锁相放大器模拟受激拉曼散射显微镜拉曼效应是由C.V.拉曼在20世纪20年代首次发现。它是一种广泛使用的光谱方法来确定分子的振动模式。与其他分析化学方法相比,光谱方法提供了高空间分辨率。不需要直接接触就可以获得化学信息。振动光谱提供了合理的化学特异性,而不需要额外的标签。然而,自发拉曼效应是一个弱散射过程。对于成像和显微镜的应用来说,获得一个视场可能需要几个小时的信号整合时间。因此,相干拉曼散射方法,如刺激拉曼散射效应,现在被广泛用于拉曼成像。在这个应用说明中,我们将描述Moku:Lab的锁相放大器是如何在波士顿大学的先进的刺激拉曼成像装置中实现的。介绍拉曼光谱是一种非破坏 ...
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