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CARS显微术简介

共聚焦和多光子成像技术仍然是对生物样品进行复杂研究的首选方法。这些技术可视化生物样品中的典型结构或动态过程,并取决于样品中存在的自发荧光物或合适的荧光染料的可用性。常规染色方法的缺点是明显的:标记是耗时和随时间染色的染色。此外,它们失去了强度并改变了样品。染料经常引起光毒性,损害试样,从而影响实验的结果。汽车(连贯的反斯托克斯拉曼散射)显微镜是一个dye-free通过显示特征内征的图像结构的方法振动的对比他们的分子。这种方法的关键优势是样品几乎不受影响。

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三波混合实验

相干反斯托克斯拉曼散射的第一次记录可以追溯到上个世纪60年代,当时福特汽车公司科学实验室的两位研究人员P. D. Maker和R. W. Terhune发表了一篇关于他们实验的文章。188金宝搏怎么注册他们简单地称他们的工作为“三波混合实验”[1].差不多十年后,在70年代中期,R.F.Begley,A.B.哈维和R. L.符号斯坦福大学显示了优势汽车在拉曼光谱和生物样本上的第一次应用[2].从那以后,发展的发展汽车已经不可阻挡。1999年,A. Zumbusch, G. R. Holton和Xie, X. s报道了“使用相干反斯托克斯拉曼散射的振动显微术”[3.),以及2004年波塔玛和谢国忠的文章之后。汽车对于生物学和药物“[4.相干反斯托克斯喇曼散射技术已进入生命科学领域。

同时,论文发表数量汽车从2004年的20个增加到去年的75个,包括越来越多的生物和医学背景的应用。188bet怎么注册

汽车的物理背景

汽车是三阶非线性过程,其涉及频率ω的泵浦光束p和频率为Ω的斯托克斯梁s。处于Ω的反斯托克斯频率的信号作为= 2ωp- - - - - -ω年代在相位匹配方向生成。样品是通过波混合过程来模拟的。振动的对比汽车当频率差Δω=ω时是创建的p- - - - - -ω年代在泵浦梁和斯托克斯梁之间等于特定化学键的分子振动的频率和具有该键的分子的振荡是连贯驱动的。

汽车信号由样品中分子的振动运动产生。不需要外部标记来获得汽车的形象。不同类型的分子表现出特有的振动能态。适当波长(红外)的电磁波能将分子激发成这些状态。要在噪音之上产生足够的信号,就必须汽车概念通过首先从地面泵送到虚拟状态来填充特征振动状态。这是通过用介质波长(ωp)的“泵”光束的照明来实现的。光子的能量必须小于与地态到第一激发态的差异。在较长波长(ωs)处通过第二梁(Stokes光束)同时照射,将分子从虚拟状态强制到所需的振动状态。随着泵浦光束可调,可以特别调节到相关分子的所需振动能量的剩余差ωδ=ωp-ωs。从本质上讲,所需的分子群被转化为振动状态。为了可视化分子,泵浦光束将电子系统提高到能量ωp+ωδ的第二虚拟状态。根据这里,允许分子返回到地状态,而能量ωp+ωδ=ωas被检测到(反斯托克斯梁)。这些光子用于成像。

详细介绍了CARS的加工过程

F-CARS和E-CARS

汽车可以在两个不同的方向中检测信号:

1.前进汽车(F-汽车),用透射光探测器检测

利用精确定义的滤波器设置,在相位匹配的方向上检测信号。F-汽车信号通常非常强,可以从通常强的非共振背景(由周围溶剂产生)清楚地分化。向前汽车适用于薄样本。

2. EPI.汽车(E -汽车

如果F-很弱汽车在信号被非共振背景遮蔽的情况下,可以通过反向检测增强对比度,从而降低图像的噪声。E -汽车对焦点的对象特别敏感,该对象小于光波长。当样品高度散射时,前向传播汽车信号可以反向散射,导致强大的EPI信号。

为什么汽车进行显微镜检查?

共焦和多光子成像技术可视化生物样品中的典型结构或动态过程,并取决于样品中存在的自发荧光物或合适的荧光染料的可用性。因此,需要新的染料来分析生物样品中的未知和潜在相关细节。

染色标准荧光样品通常是耗时和昂贵的,并且可能影响以化学方式行动的活细胞的典型特性。此外,染料失去强度并改变样品。它们经常引起光毒性,损害样本,因此可能影响实验的结果。

汽车利用该方法的固有特性克服了这些缺点。汽车不需要标记,因为它对基于振动对比和化学选择性的分子化合物具有高度特异性[1 - 5].这种方法的关键优势是样品几乎不受影响。

汽车现在无法染色的新样品由于不可用的染料而无法染色。

通过整合汽车技术进入共焦系统,可以克服传统显微镜技术的缺点。最新的商业发展导致易于使用和高效的成像显微镜,用于各种生物和非生物样品。两种红外激光束,其在空间和时间特性方面完全调整,产生辉煌汽车不同波数的图像。几个组合的组合汽车滤波器和非扫描探测器允许在向前和向后(epi)方向检测。记录二次谐波(SHG)可以同时进行。传统和高速扫描仪的结合支持动态过程的分析在视频速率以及形态学研究在高分辨率。

应用 - 生物学,食品,化妆品

生物学

食物

化妆品

参考

  1. Maker Pd,Terhune Rw:由于电场强度的诱导极化第三阶的光学效应研究。物理评论137:3A(1965)801-818。,
  2. 相干反斯托克斯喇曼光谱。应用物理快报25:7(1974)387-390。
  3. ZUMBUSCH A,HOLTOM GR,谢Xs:三维振动成像通过相干的反斯托克斯拉曼散射。phy rev82(1999) 4142 - 4145。
  4. poma EO, Xie XS: CARS for Biology and Medicine。光学与光子学报15(2004)40-45。
  5. Potma EO, de Boeij WP, van Haastert PJ, Wiersma DA:单个活细胞内流体动力学实时可视化。美国国家科学院科学学报98(2001)1577-1582。
  6. 南X,Potma EO,谢Xs:具有相干抗斯托克斯拉曼散射显微镜的活细胞单元中细胞石运输的非稳定化学成像。Biophys J 91(2006)728-735。
  7. 谢Xs,Cheng JX,Potma E:连贯的反斯托克斯拉曼散射显微镜。生物共聚焦显微镜手册,595-606(2006)。
  8. 埃文斯Cl,Potma E,Puoris'haag M,Côtéd,林Cp,谢Xs:Vivo中组织的化学成像,具有视频速率相干抗Stokes拉曼散射显微镜。Proc Natl Acad SCI102(2005)16807。
  9. MüllerM,Zumbusch A:相干的反斯托克斯拉曼散射显微镜。Chemphyschem 8:15(2007)2156-2170。
  10. Jüngst C, Winterhalder M, Zumbusch A:快速和长期的脂滴跟踪CARS显微镜。J Biophot 4(2011) 435-441。
  11. C-Y.,Suhalim JL,Nien C,MILJKOVIC MD,DIEM M,Jester J,Potma EO:PicoSecond光谱相干反斯托克斯拉曼散射(汽车)成像,具有梅博尼亚腺体的主要成分分析。J生物注入OPT 16(2011)021104。
  12. 关键词:相干反斯托克斯拉曼散射,人类毛发,荧光定量检测J Biomed Opt 14(2009) 044019。
  13. Saar BG,Johnston Rs,Freudiger CW,Xie XS,Seibel EJ:连贯的拉曼散射光纤内窥镜检查。选择Lett 36(2011)2396-2398。

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