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CARS and Confocal

A Successful Affair

自从共聚焦显微镜问世以来,科学家获得了许多新见解,使人们对生命的运作方式有了更深入的了解。单光子和多光子共聚焦显微镜最重要的缺点是需要标记标本。 汽车 (相干抗斯托克斯拉曼光谱法)解决了这个问题,因为它是无毒,无损和微创的。

染色过程有一定的局限性:染料会随着时间的流逝而变色,具有光毒性,并且会影响后续的研究方法并掩盖后续的研究信息。标本沾污的过程不适用于长期分析: 大气条件会破坏染料,并且染料与空气或湿气接触时会发生变化-环境条件的任何变化都会影响实验结果。而且,染色过程很费时。有些样品根本无法染色,因为荧光团的附着或染料的存在会改变分子或生物的功能。

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相干反斯托克斯拉曼光谱技术

汽车 是一个三阶非线性过程,涉及一个频率为wp的泵浦光束和一个频率为ws的斯托克斯光束。通过波混合过程刺激样本。 ϖas = 2ϖp–ϖs处的反斯托克斯信号沿相位匹配方向生成,作为泵浦光束与斯托克斯束之间的频差Δν= vsp–vs的振动对比。这等于特定化学键的振动能量的频率。

使用CARS进行实时分子谱分析

主要应用 汽车 显微镜在生物学,药物学和皮肤病学研究,生物医学成像,食品加工和材料科学中都有发现。它的潜力已被证明可用于各种生物医学应用,例如脂质转运,蛋白质浓度,DNA,RNA,活生物体中的组织以及液晶中的有序性的成像。通过整合 汽车 这项技术已应用于现代光学扫描显微镜系统中,研究人员掌握了最新技术并结合了易于使用的共聚焦系统。

高分辨率图像

常规扫描仪已针对脑部和皮肤中的形态学研究或成像亚细胞特征(例如细胞骨架)进行了优化。它允许每个图像采样多达8,196×8,196像素,并结合了大视野和高分辨率。同样,在双向模式下,扫描仪的速度可以从400 Hz调整到2,800 Hz。

在皮肤表面,可以看到与带有色球的头发相对应的长丝,信号很强,因为头发被油脂覆盖。在皮肤表面,明亮的多边形图案勾勒出形成皮肤顶层(角质层)的角质细胞。该信号来自富含脂质,胆固醇和神经酰胺的细胞间隙。在第二层中,检测到围绕头发根部的明亮结构,即皮脂腺。它们是充满油脂的含有甘油三酸酯和蜡酯的皮脂贮藏室。在70-80 µm的表面上,真皮中发现了富含脂肪的脂肪细胞。因为 汽车 信号仅在焦点处产生,最大投影显示了3D成像能力。

CARS at video rate

谐振扫描仪具有紧凑设计和快速帧记录的优点。当基于点照明和点观察的真正共焦概念时,谐振扫描器在双向模式下允许16,000 Hz频率的速度。在512×512像素的帧大小下,系统每秒获取29张图像。如果采样率较低,则可以以512×32像素的分辨率将速度提高到每秒290帧。可以对具有高时间分辨率的动态过程进行成像和测量,或者可以全速拍摄线条。

应用平均可以改善信噪比,这在共振扫描仪的情况下尤其有用。根据成像要求,可以在图像质量和采集速度之间找到合适的折衷方案。在专业设计中,共聚焦共振扫描仪的振幅是可调的,这使其可以通过施加较小的振幅来放大。借助此功能,可以在以视频速率获取图像的同时聚焦到感兴趣的区域。平移功能是另一种有用的设备,可以快速移入有趣的区域,而这些区域不一定位于显微镜视野的中心。共振扫描器也应提供该功能。

随后 汽车 显微镜开辟了可视化的新方法 基于固有振动特性的结构,不会弄脏或标记样品。样品不受染料或光漂白的干扰。 汽车 开辟了新的研究方法,尤其是细胞生物学,神经科学,药理学,皮肤病学和医学影像学。

使CARS显微镜变得可访问

德国康斯坦茨大学化学系的Andreas Zumbusch教授是物理化学研究小组的负责人。他专注于单分子荧光光谱法和显微镜,以及非线性光学显微镜的开发和应用:"许多研究领域,无论是生命科学还是材料科学背景,都需要具有高空间分辨率,高分子特异性和高灵敏度的快速,无创成像。作为基于样品固有的光谱特性产生对比度的光学方法, 汽车 显微镜可以提供所有这些。以神经科学为例 汽车 显微镜可以产生与两光子显微镜相当的效果,除了它不依赖荧光标记的引入。

商业广告的到来 汽车 显微镜系统无疑是迈向使对该技术感兴趣的研究人员可以使用该技术的重要一步。引人注目的系统概念提供了自动操作功能,同时可以充分发挥 汽车 使用显微镜。"