【應用案例】Moku:Pro簡(jiǎn)化雙色受激拉曼散射顯微鏡實(shí)驗

應用案例

Moku:Pro簡(jiǎn)化雙色受激拉曼散射顯微鏡實(shí)驗

介紹

在華盛頓大學(xué), 研究人員致力于雙色受激拉曼散射(SRS)顯微鏡技術(shù)研究開(kāi)發(fā)化學(xué)成像工具，用于早期癌癥檢測和了解神經(jīng)退行性疾病進(jìn)展。實(shí)驗裝置通常包括多個(gè)復雜的高性能儀器, 用于實(shí)時(shí)雙色 SRS 成像或兩個(gè)相距較遠的拉曼躍遷的同步成像?，F在，他們正在使用Moku:Pro鎖相放大器和多儀器并行模式，僅通過(guò)Moku:Pro一臺緊湊的多通道設備進(jìn)行多種實(shí)驗并捕捉低強度的SRS信號。

面臨挑戰

SRS是一種相干拉曼散射過(guò)程，可提供具有光譜和空間信息的化學(xué)成像。在典型的設置中,它使用兩個(gè)同步脈沖激光器, 即泵浦和斯托克斯(圖1), 以相干地激發(fā)分子的振動(dòng)。為了從嘈雜的背景中捕捉到非常小的SRS信號, 高頻調制和相敏檢測方法是必要的。

圖1: 檢測到由于SRS導致的Stokes到泵浦光束的振幅調制轉移。所展示的泵浦光束的重復率為80MHz，Stokes光束具有相同的80MHz重復率，但也在20MHz處調制。通過(guò)這個(gè)檢測方案，Δpump被提取出來(lái)。

為了進(jìn)行實(shí)時(shí)雙色SRS成像實(shí)驗, 研究人員必須運用正交調制并檢測同相和正交信號分量?！霸诖蠖鄶礢RS光譜實(shí)驗中, 由于激光器總帶寬的限制, 光譜范圍被限制在300 cm-1左右," 華盛頓大學(xué)化學(xué)助理教授Dan Fu博士說(shuō)到?！氨苊膺@種情況的一種方法是使用可調諧激光器掃描波長(cháng), 但這很慢, 而且對于活細胞成像等對時(shí)間敏感的實(shí)驗來(lái)說(shuō)往往是不夠的。"

為了克服這些限制, 華盛頓大學(xué)的科研人員使用第三束激光束來(lái)同時(shí)對兩個(gè)間隔很寬的光譜區域進(jìn)行成像, 例如一個(gè)在指紋區域大小(比如. ～1600 cm-1應對酰胺振動(dòng))和一個(gè)在C-H區域大小(比如. ～2900 cm-1應對蛋白質(zhì)), 但這會(huì )增加實(shí)驗設置的占用空間和復雜性。

圖2：用Moku:Pro多儀器并行模式設置在間隔較遠的拉曼轉換處拍攝的HeLa細胞SRS圖像。

解決方案

在采用調制傳輸檢測方案的 SRS 顯微鏡實(shí)驗中，高質(zhì)量的鎖相放大器是關(guān)鍵的硬件組件。Moku:Pro 的鎖相放大器為 SRS 顯微鏡實(shí)驗中的自外差信號檢測提供了一種直觀(guān)、精確且可靠的解決方案，直觀(guān)的用戶(hù)界面為提取低強度 SRS 信號提供強大的操控性和靈活性。

圖3: Moku:Pro 鎖相放大器的通道配置

Moku:Pro的鎖相放大器可以配置相位偏置,低通濾波器和設定增益用于優(yōu)化實(shí)驗。內置的探測點(diǎn)功能可以在調整設置時(shí)用于實(shí)時(shí)監測。X和Y輸出均可用于雙通道成像。

對于三路激光器的情況下, Moku:Pro 多儀器并行模式可以配置兩個(gè)鎖相放大器, 將系統簡(jiǎn)化為一個(gè)設備而不需要任何妥協(xié)。這使得研究人員可以同時(shí)拍攝兩張波數差較大的 SRS 圖像, 利用一個(gè) Moku:Pro 來(lái)處理兩個(gè)光電二極管檢測器信號。

圖4: Moku:Pro 多儀器并行模式配置多通道鎖相放大器

圖 4 演示了多儀器并行模式配置使用兩個(gè)鎖相放大器用于同步 SRS 顯微鏡實(shí)驗。對于插槽 1 中的鎖相放大器, 輸入 In 1 是第1個(gè)光電二極管的檢測信號, In 2 是參考信號, 輸出Out 1是發(fā)送到外部數據采集卡的信號, Out 3被棄置。對于插槽2中的鎖相放大器, In 3是第二個(gè)光電二極管的檢測信號, In 2再次作為參考信號, Out 2是發(fā)送到外部數據采集卡的信號, Out 4被棄置。每個(gè)檢測到的信號(Out 1 和 Out 2)在被發(fā)送到數據采集卡之前通過(guò)調整它們各自的相位偏置來(lái)zui大化。本例中的插槽 3 和 4 配置了示波器, 但還可以配置為Moku:Pro中的任意儀器功能。

結果

Moku:Pro的鎖相放大器為眾多SRS顯微鏡實(shí)驗提供了出色的解決方案?！坝脩?hù)界面可以對提取低強度SRS信號進(jìn)行直觀(guān)且強大的控制,僅需要使用Moku:Pro的多儀器并行模式就能在緊湊的系統上進(jìn)行復雜的成像實(shí)驗," Fu博士說(shuō)道。從典型的單通道SRS成像到雙通道成像, 甚至是多儀器成像, 華盛頓大學(xué)的科研人員可以簡(jiǎn)化他們的實(shí)驗設置而不用作出妥協(xié)。

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