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紫外线定位的光声学改善了组织的红外显微镜检查

发布:laserpulse阅读:320时间:2019-5-24 13:32:46

Caltech项目使用UV和IR脉冲来克服水背景信号的问题。

小鼠脑切片:紫外线和红外线组合

中红外(MIR)显微镜擅长提供有关生物样品的化学和结构信息而无需染色,但由于对衍射的敏感性,在提供高横向分辨率方面效果不佳。由于水的强吸收,生物样品中普遍存在,它还具有高背景噪音。来自加州理工学院Lihong Wang团队的一个项目现在通过开发一种基于光声(PA)检测的方法展示了一种可能的解决方案,其中PA效应通过脉冲紫外激光高度局部化。该方法可以为新鲜生物样品提供方便的高分辨率和高对比度MIR成像的途径,不受水分子的背景干扰。这项工作在Nature Photonics报道。

“传统的MIR显微镜需要对样品进行大量处理,”Wang评论道。 “你一次只能标记这么多分子,你必须在标记之间进行清洗。而且有些分子不会吸收染料而根本不会被标记。”Wang,光声技术的先驱之一,此前曾报道过PA显微镜中紫外波长的使用在某些情况下特别有用,例如肿瘤边缘的检测。现在,这项名为紫外线定位的中红外光声显微镜(ULM-PAM)的新技术采用了红外和紫外激光。初始UV激光脉冲之后是MIR光的后续脉冲以加热样品,然后是另一个UV脉冲作为探针脉冲。“首先,紫外激光脉冲产生基线PA信号,”该项目在其发表的论文中评论道。 “一旦MIR激光脉冲加热到同一区域,第二个紫外激光脉冲就会产生另一个光声信号,其中两个激光脉冲之间的间隔时间小于热限制时间。”

在手术期间对癌细胞成像

由于已经存在局部温度上升,第二PA信号强于第一PA信号,并且空间分辨率主要由UV光束的焦点直径决定。特别地,横向分辨率是存在衍射限制的并且与显微镜系统的UV波长和NA有关。在小鼠成纤维细胞和300微米厚的小鼠脑切片试验中,加州理工学院的研究小组证实,这有效地将MIR成像分辨率提高了至少一个数量级,从大约MIR波长到紫外线波长。由于水在200至230纳米的UV区域具有极低的吸收系数,因此该方法还用于抑制新鲜生物样品中MIR吸收的水背景。

“据我们所知,在现有的远场MIR成像方法中,ULM-PAM在250纳米处获得了最高的成像分辨率,可以通过使用更高NA物镜和更短的紫外波长进一步改善,”团队在其论文中指出。“此外,ULM-PAM可以将现有MIR模式之间的分辨率差距从100纳米缩小到400纳米。”该团队的进一步工作将针对诸如使用两个不相同的UV脉冲固有地引入的噪声以及成像速度可能受激光器的脉冲重复率限制的问题。然而,Wang认为,该技术对于许多不同生物标本的成像将证明是有价值的,并且最终可以通过将探测光束的波长扩展到X射线状态来实现纳米级远场化学成像。“我希望将其转移到体内,我希望在手术过程中使用它来对癌细胞进行成像,”他说。“那将是梦想。”

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