Отказ от флуоресцентного фона в резонанс и СКР микроспектроскопия
Summary
Мы обсуждаем строительство и эксплуатация сложных нелинейных оптической системой, которая использует сверхбыстрый все-оптической коммутации, чтобы изолировать от комбинационного сигналов флуоресценции. С помощью этой системы мы можем успешно отдельных комбинационного и сигналов флуоресценции использования энергии импульсов и средней мощности, которые остаются биологически безопасна.
Abstract
Спектроскопии комбинационного рассеяния света, часто страдают от сильного флуоресцентного фона, особенно для биологических образцов. Если образец возбуждается с поездом сверхбыстрых импульсов, система, которая может временно отдельных спектрально перекрывающихся сигналов на пикосекундных сроки может изолировать оперативно прибывать комбинационного рассеянного света с конца прибывает света флуоресценции. Здесь мы обсуждаем строительство и эксплуатация сложных нелинейных оптической системой, которая использует все-оптической коммутации в виде маломощных Керра ворот, чтобы изолировать КР и флуоресценции. Один 808 нм лазер с 2,4 Вт средней мощности и 80 МГц частотой повторения разбита на разделы, с примерно 200 мВт 808 нм огонь должен быть преобразован в <5 мВт 404 нм свет направляется образец для возбуждения комбинационного рассеяния. Остальные необращенных 808 нм свет затем отправляется в нелинейной среде, где она действует как насос для всех-оптический затвор. Затвор открывается и закрывается в 800 фс с максимальной эффективностью около 5%. С помощью этой системы мы можем успешно отдельных КР и флуоресценции сигналов на 80 МГц частотой повторения импульсов использования энергии и средней мощности, которые остаются биологически безопасна. Потому что система не имеет свободные мощности по оптической мощности, мы подробно несколько соображений дизайна и выравнивание, которые помогают в увеличении пропускной способности системы. Мы также обсуждаем наш протокол для получения пространственной и временной перекрытие сигнала и накачки пучками в керровской среде, а также подробный протокол для спектрального приобретения. Наконец, мы приводим некоторые результаты представителя спектров комбинационного рассеяния, полученные в присутствии сильных флуоресценции с помощью нашего времени литниковой системы.
Protocol
Discussion
Области биомедицинской спектроскопии комбинационного рассеяния наблюдается возрастающий интерес в течение последних нескольких лет в результате его показали потенциал для решения ряда сложных проблем в биологической диагностики. Например, спектры комбинационного рассеяния было п…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа финансировалась NSF награду DBI 0852891. Часть этой работы была также финансируемый Центром биофотоники науки и техники, назначенный NSF научно-технический центр управляется Университетом Калифорнии в Дэвисе, под соглашением о сотрудничестве номер PHY0120999.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Lenses | ThorLabs | Various | All lenses coated to have maximum transmission losses of 1% each |
| Tunable Ti:Sapph laser | Coherent | Chameleon | 30 nJ, 200 fs, 80 MHz |
| 40X oil immersion objective | Olympus | UApo/340 | NA = 1.35 |
| Inverted microscope | Olympus | IX-71 | Modified to remove all lenses in side port |
| Half wave plate | Thorlabs | AHWP05M-600 | |
| Glan-Thompson polarizer | Thorlabs | GTH10M | ˜10% transmission loss |
| Spectrometer | PI Acton | SP2300i | |
| CCD | PI Acton | Pixis 100B | |
| Mathmatical software | The MathWorks | MATLAB | version 2008a |
| Faraday isolator | EOT | BB8-5I | |
| Piezo-electric mirror | Newport | AG-M100 | |
| BBO crystal | CASIX | custom | 1 mm thickness |
| Bandpass filter 1 | Andover | 008FC14 | 808 ± 0.4 nm |
| Dichroic mirror | Semrock | FF662-FDI01 | band edge at 662 nm |
| Long-pass filter | Semrock | BLP01-405R | band edge at 417 nm |
| Bandpass filter 2 | Semrock | FF02-447/60 | 417-447 nm |
| CS2 | Sigma-Aldrich | 335266 | 99% purity |
| Coumarin 30 | Sigma-Aldrich | 546127 | 99% purity |
| Immersion oil | Cargille | 16242 | Type DF |
References
- Savitzky, A., Golay, M. J. E. Smoothing and differentiation of data by simplified least squares procedures. Analytical Chemistry. 36, 1627-1639 (1964).
- Lieber, C. A., Mahadevan-Jansen, A. Automated method for subtraction of fluorescence from biological Raman spectra. Applied Spectroscopy. 57, 1363-1367 (2003).
- Gniadecka, M. Melanoma diagnosis by Raman spectroscopy and neural networks: Structure alterations in proteins and lipids in intact cancer tissue. Journal of Investiga-tive Dermatology. 122, 443-449 (2004).
- Lieber, C. A., Majumder, S. K., Billheimer, D., Ellis, D. L., Mahadevan-Jansen, A. Raman microspectroscopy for skin cancer detection in vitro. Journal of Biomedical Optics. 13, 024013-024013 (2008).
- Chen, K., Qin, Y., Zheng, F., Sun, M., Shi, D. Diagnosis of colorectal cancer using Raman spectroscopy of laser-trapped single living epithelial cells. Optics Letters. 31, 2015-2017 (2006).
- Chan, J. W. Nondestructive identification of individual leukemia cells by laser trapping Raman spectroscopy. Analytical Chemistry. 80, 2180-2187 (2008).
- Zhu, Q. Y., Quivey, R. G., Berger, A. J. Measurement of bacterial concentration fractions in polymicrobial mixtures by Raman microspectroscopy. Journal of Biomedical Optics. 9, 1182-1186 (2004).
- Rösch, P. Chemotaxonomic identification of single bacteria by micro-Raman spectroscopy: Application to clean-room-relevant biological contaminations. Applied and Environmental Microbiology. 71, 1626-1637 (2005).
- Moritz, T. J. Raman spectroscopic signatures of the metabolic states of escherichia coli cells and their dependence on antibiotics treatment. Biophysical Journal. 98, 742a-742a (2010).
- Dehring, K. A. Identifying chemical changes in subchondral bone taken from murine knee joints using Raman spectroscopy. Applied Spectroscopy. 60, 1134-1141 (2006).
- Berger, A. J., Koo, T. W., Itzkan, I., Horowitz, G., Feld, M. S. Multicomponent blood analysis by near-infrared Raman spectroscopy. Applied Optics. 38, 2916-2926 (1999).
- Qi, D., Berger, A. J. Chemical concentration measurement in blood serum and urine samples using liquid-core optical fiber Raman spectroscopy. Applied Spectroscopy. 46, 1726-1734 (2007).
- Beier, B. D., Berger, A. J. Method for automated background subtraction from Raman spectra containing known contaminants. The Analyst. 134, 1198-1202 (2009).
- De Luca, A. C., Mazilu, M., Riches, A., Herrington, C. S., Dholakia, K. Online fluorescence suppression in modulated Raman spectroscopy. Analytical Chemistry. 82, 738-745 (2010).
- Evans, C. L. Chemical imaging of tissue in vivo with video-rate coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102, 16807-16812 (2005).
- Jones, W. J., Stoiche, . Inverse raman spectra: Induced absorption at optical frequencies. Physical Review Letters. 13, 657-659 (1964).
- Freudiger, . Label-Free et Imaging with High Sensitivity by Stimulated Raman Scattering Microscopy. Science. 322, 1857-1861 (2008).
- Cui, M., Bachler, B. R., Ogilvie, J. P. Comparing coherent and spontaneous Raman scattering under biological imaging conditions. Optics Letters. 34, 773-775 (2009).
- Matousek, P., Towrie, M., Stanley, A., Parker, A. W. Efficient rejection of fluorescence from Raman spectra using picosecond Kerr gating. Applied Spectroscopy. 53, 1485-1489 (1999).
- Matousek, P. Fluorescence suppression in resonance Raman spectroscopy using a high-performance picosecond Kerr gate. Journal of Raman Spectroscopy. 32, 983-988 (2001).
- Knorr, F., Smith, Z. J., Wachsmann-Hogiu, S. Development of a time-gated system for Raman spectroscopy of biological samples. Optics Express. 18, 20049-20058 (2010).
