В последние годы вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР) было разработано как важный количественный контраст для химической визуализации. Однако спектральное разрешение основных модальностей СКР всегда ниже, чем у современной системы спонтанного комбинационного рассеяния света.
Эта проблема возникает из-за стратегии возбуждения: все наиболее широко используемые модальности SRS возбуждаются в частотной области. Им приходится искать компромисс между чувствительностью обнаружения и спектральным разрешением: поскольку нелинейный процесс выигрывает от импульсных возбуждений, фундаментальная неопределенность времени и энергии ограничивает спектральное разрешение.
В новой публикации, опубликованной в Свет: наука и приложения, команда под руководством доктора Ханьцин Сюн из Национального центра биомедицинской визуализации Колледжа будущего. Технологии в Пекинском университете (Пекин, Китай) сообщили о новом методе, названном переходным вынужденным комбинационным рассеянием света (TSRS).
Команда манипулировала интерференцией вибрационных волновых пакетов во временной области с помощью широкополосных последовательностей фемтосекундных лазерных импульсов и, наконец, добилась спектров комбинационного рассеяния света с естественной шириной линии и чувствительностью менее миллиметра с помощью Фурье-спектроскопического метода. Кроме того, гиперспектральная визуализация TSRS живых клеток Hela была всесторонне выполнена в области рамановского отпечатка пальца, области клеточного молчания и популярной области растяжения CH.
Чтобы продемонстрировать преимущество спектрального разрешения с пределом естественной ширины линии, команда также предварительно сконструировала набор рамановских зондов высокой плотности с интервалами рамановских мод до 12 см.-1 и далее продемонстрировал соответствующее изображение штрих-кода. Статья была опубликована под названием «Спектроскопия и визуализация переходного стимулированного комбинационного рассеяния».
-
Безметочная визуализация (а) белков и (б) липидов живых клеток. Эти два канала не смешиваются с общими гиперспектральными данными с помощью стандартного метода линейного разложения. (в) Типичные T-SRS-спектры белков (область 1 на (а), красная кривая) и липидов (область 2 на (б), зеленая кривая). ( d ) Типичная T-SRS визуализация нормальных клеток Hela и (e) культивированных клеток Hela с 50 мкМ арахидоновой кислоты (АК) в [1570 см-XNUMX].-1, 1700 см-1] диапазон. (f) показаны спектры отмеченных областей на (d) и (e) соответственно. Красная пунктирная кривая представляет собой спектр комбинационного рассеяния света в режиме растяжения C = C чистой AA. (g) Эталонный белковый канал и (h) Полоса растяжения CD клеток, меченных d31-пальмитиновой кислотой. (i) Спектр T-SRS отмеченной структуры (h). Масштабная линейка: 10 мкм для (а), (б), (г) и (е); 5 мкм для (ж) и (з). Авторы и права: Цяочжи Ю, Чжэнцзянь Яо, Цзяци Чжоу, Вэньхао Ю, Чэньцзе Чжуан, Яфэн Ци и Ханьцин Сюн
-
(а) Семь низкомолекулярных зондов и соответствующие им спектры Т-ВКР в полосе тройной связи. На верхней панели показан отдельный спектр каждого зонда, на нижней панели показан общий спектр раствора с семью смешанными зондами. (б) Сигнал закодированных шариков ПММА в каждом канале зонда. (c) Спектры типичных закодированных шариков ПММА в полосе тройной связи, отмеченной на (b). Масштабная линейка (б): 10 мкм. Авторы и права: Цяочжи Ю, Чжэнцзянь Яо, Цзяци Чжоу, Вэньхао Ю, Чэньцзе Чжуан, Яфэн Ци и Ханьцин Сюн
Методы SRS во временной области могут возникнуть в 1980-х годах, что на самом деле не ново. Однако предыдущие методы SRS во временной области не могут обеспечить чувствительность, сравнимую с широко используемыми методами в частотной области. С точки зрения авторов, отличие метода TSRS от других существующих методов SRS во временной области заключается в использовании в качестве сигнала вынужденных комбинационных потерь (SRL).
SRL имеет линейную зависимость от молекулярной концентрации и сечения комбинационного рассеяния света и может быть обнаружен с помощью классического метода гетеродинного обнаружения для достижения той же чувствительности, ограниченной дробовым шумом, что и методы в частотной области. Чтобы построить сигнал SRL во временной области, авторы отказались от популярной стратегии возбуждения зонда-накачки.
Вместо этого они генерировали интерференцию пакетов колебательных волн двумя последовательными идентичными импульсными возбуждениями с контролируемой задержкой по времени. Помехи вызывают модуляции сигнала SRL. Преобразование Фурье модулированной трассы сигнала SRL позволяет получить спектральные линии с естественным пределом ширины линии.
«Спектральный диапазон изображений T-SRS определяется только шириной полосы лазерного импульса. Полоса пропускания наших возбуждающих лазерных импульсов может поддерживать только спектральный диапазон ~ 124 см.-1. Мы создаем лазерную систему с гораздо более короткими импульсами для TSRS, которая может давать полнодиапазонные спектры SRS, аналогичные современной системе спонтанного комбинационного рассеяния света», — сказал доктор Сюн.