Tredimensionell optisk upplösning photoacoustic Mikroskopi
Summary
Optisk upplösning photoacoustic mikroskopi (OR-PAM) är en ny teknik som kan imaging optisk absorption kontraster<em> In vivo</em> Med porös upplösning och känslighet. Här ger vi en visualiseras instruktion på FÖRSÖKSPROTOKOLL för OR-PAM, inklusive systemkonfiguration, systemet anpassning, typiska<em> In vivo</em> Experimentella förfaranden, och funktionella system för bildbehandling.
Abstract
Optisk mikroskopi, som ger värdefulla insikter på cellulär och organell nivåer, har varit allmänt erkänd som en möjliggörande biomedicinsk teknik. Som stöttepelarna för in vivo tredimensionell (3-D) optisk mikroskopi, single-/multi-photon fluorescensmikroskopi och optisk koherens tomografi (OCT) har visat att de extra känsliga för fluorescens och optiska spridning kontraster, respektive. Har dock optisk absorption kontrast biologiska vävnader, som kodar grundläggande fysiologiska / patologiska information, ännu inte bedömas.
Framväxten av biomedicinska photoacoustics har lett till en ny gren av optisk mikroskopi optisk upplösning photoacoustic mikroskopi (OR-PAM) 1, där den optiska strålning är fokuserad på diffraktionsgränsen att uppnå cellulär 1 eller till och med subcellulära 2 nivå lateral upplösning. Som ett värdefullt komplement till befintlig optisk mikroskopi teknik, ger OR-PAM i minst två nyheter. Först och viktigast av allt, upptäcker OR-PAM optisk absorption i kontrast till extraordinära känslighet (dvs 100%). Kombinera eller-PAM med fluorescensmikroskopi 3 eller med optiska-spridning-baserade 4 oktober (eller båda) ger omfattande optiska egenskaper hos biologiska vävnader. För det andra, kodar OR-PAM optisk absorption i akustiska vågor, i motsats till den rena optiska processer i fluorescensmikroskopi och oktober, och ger bakgrundsinformation utan upptäckt. Den akustiska upptäckt i ELLER-PAM dämpar effekterna av optiska spridning på signal nedbrytning och naturligt eliminerar eventuell interferens (dvs crosstalks) mellan excitation och detektion, vilket är ett vanligt problem i fluorescensmikroskopi på grund av överlappning mellan excitation och fluorescens spektra.
Unikt för optisk absorption avbildning har OR-PAM visat bred biomedicinska tillämpningar sedan uppfinningen, inklusive men inte begränsat till, neurologi 5, 6, oftalmologi 7, 8, vaskulärbiologi 9, och dermatologi 10. I den här videon lär vi systemkonfiguration och anpassning av OR-PAM samt experimentella förfaranden för in vivo funktionell mikrovaskulära avbildning.
Protocol
Discussion
I den här videon ger vi en detaljerad instruktion på FÖRSÖKSPROTOKOLL för OR-PAM, inklusive systemkonfiguration, systemet justering och typiska experimentella procedurer. Etikett-fri, icke-invasiv OR-PAM har möjliggjort studier av mikrovaskulära fungerar och ämnesomsättningen på en enda kapillär grund och därmed har potential att utöka vår förståelse av mikrocirkulationen-relaterade fysiologi och patologi. Microphotoacoustics närvarande tillverkar denna eller-PAM-system.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna uppskattar Dr Lynnea Brumbaugh är närläsning av manuskriptet. Detta arbete sponsrades av National Institutes of Health bidrag R01 EB000712, R01 EB008085, R01 CA134539, U54 CA136398 och 5P60 DK02057933. Prof. Lihong V. Wang har ett ekonomiskt intresse i Microphotoacoustics, Inc. och Endra, Inc., som dock inte stödja detta arbete.
Materials
Home-made acoustic-optical beam combiner:
- right-angle prism (NT32-545, Edmund Optics)
- rhomboid prism (NT49-419, Edmund Optics)
- silicone oil (1000cSt, Clearco Products)
- OR-PAM system (Microphotoacoustics)
References
- Maslov, K., Zhang, H. F., Hu, S., Wang, L. V. Optical-resolution photoacoustic microscopy for in vivo imaging of single capillaries. Opt. Lett. 33, 929-931 (2008).
- Zhang, C., Maslov, K., Wang, L. V. Subwavelength-resolution label-free photoacoustic microscopy of optical absorption in vivo. Opt. Lett. 35, 3195-3197 (2010).
- Wang, Y., Maslov, K., Kim, C., Hu, S., Wang, L. V. Integrated photoacoustic and fluorescence confocal microscopy. IEEE. Trans. Biomed. Eng. 57, 2576-2578 (2010).
- Jiao, S., Xie, Z., Zhang, H. F., Puliafito, C. A. Simultaneous multimodal imaging with integrated photoacoustic microscopy and optical coherence tomography. Opt. Lett. 34, 2961-2963 (2009).
- Hu, S., Maslov, K., Tsytsarev, V., Wang, L. V. Functional transcranial brain imaging by optical-resolution photoacoustic microscopy. J. Biomed. Opt. 14, 040503-040503 (2009).
- Hu, S., Yan, P., Maslov, K., Lee, J. M., Wang, L. V. Intravital imaging of amyloid plaques in a transgenic mouse model using optical-resolution photoacoustic microscopy. Opt. Lett. 34, 3899-3901 (2009).
- Hu, S., Rao, B., Maslov, K., Wang, L. V. Label-free Photoacoustic Ophthalmic Angiography. Opt. Lett. 35, 1-3 (2010).
- Jiao, S. L., Jiang, M. S., Hu, J. M., Fawzi, A., Zhou, Q. F., Shung, K. K., Puliafito, C. A., Zhang, H. F. Photoacoustic ophthalmoscopy for in vivo retinal imaging. Opt. Express. 18, 3967-3972 (2010).
- Oladipupo, S., Hu, S., Santeford, A., Yao, J., Kovalski, J. R., Shohet, R., Maslov, K., Wang, L. V., Arbeit, J. M. Conditional HIF-1 induction produces multistage neovascularization with stage-specific sensitivity to VEGFR inhibitors and myeloid cell independence. Blood. , .
- Hu, S., Maslov, K., Wang, L. V. In vivo functional chronic imaging of a small animal model using optical-resolution photoacoustic microscopy. Med. Phys. 36, 2320-2323 (2009).
- Hu, S., Maslov, K., Wang, L. V. Second-generation optical-resolution photoacoustic microscopy with improved sensitivity and speed. Opt. Lett. 36, 1134-1136 (2011).
- Wang, X., Pang, Y., Ku, G., Xie, X., Stoica, G., Wang, L. V. Noninvasive laser-induced photoacoustic tomography for structural and functional in vivo imaging of the brain. Nat. Biotechnol. 21, 803-806 (2003).
- . . Laser Institute of America, American National Standard for Safe Use of Lasers ANSI Z136. , (2007).
- Jacques, S. L., Prahl, S. A. Optical Absorption of Hemoglobin . Oregon Medical Laser Center [Internet]. , (1999).
