דחיית רקע הקרינה תהודה ו microspectroscopy ראמאן ספונטנית
Summary
אנחנו דנים הקמה ותפעול של מערכת מורכבת אופטית לא לינארית המשתמשת מיתוג מהירים כל אופטי לבודד ראמאן אותות הקרינה. באמצעות מערכת זו אנו מסוגלים להפריד בהצלחה אותות רמן הקרינה ניצול אנרגיות וכוחות הדופק הממוצע להישאר בטוחים מבחינה ביולוגית.
Abstract
ספקטרוסקופיית ראמאן היא סובלת לעתים קרובות על ידי רקע פלורסנט חזקה, במיוחד עבור דגימות ביולוגיות. אם המדגם הוא נרגש עם רכבת של פולסים מהירים, מערכת שיכולה temporally נפרד spectrally חופפים אותות על picosecond זמנים יכולים לבודד מיד מגיע אור מפוזר ראמאן מן האור המגיע מאוחר פלואורסצנטי. כאן אנו דנים, הקמה ותפעול של מערכת מורכבת אופטית לא לינארית העושה שימוש כל אופטי מיתוג בצורה של צריכת חשמל נמוכה אופטי קר השער לבודד את האותות רמן פלואורסצנטי. לייזר יחיד 808 ננומטר עם 2.4 וואט בממוצע ו 80 חזרות בקצב MHz מפוצלת, עם mW כ 200 של אור 808 ננומטר להיות מומר 5 mW <אור 404 ננומטר נשלח המדגם לרגש פיזור ראמאן. הנותרים unconverted אור 808 ננומטר לאחר מכן נשלחת בינוני קוי בו מעשים כמו משאבת עבור תריס כל אופטי. תריס נפתח ונסגר ב fs 800 עם יעילות שיא של כ -5%. באמצעות מערכת זו אנו מסוגלים להפריד בהצלחה אותות רמן הקרינה על שיעור 80 MHz החזרה באמצעות אנרגיות וכוחות הדופק הממוצע להישאר בטוחים מבחינה ביולוגית. כיוון שהמערכת אין לקיבולת במונחים של כוח אופטי, אנחנו מספר שיקולים פרט לעיצוב ויישור המסייעים למקסם את התפוקה של המערכת. כמו כן, אנו דנים פרוטוקול שלנו להשגת חפיפה במרחב ובזמן של האות וקורות המשאבה בתוך המדיום קר, כמו גם פרוטוקול מפורט לרכישת ספקטרלי. לבסוף, אנו דו"ח תוצאות נציג כמה ספקטרום ראמאן שהושג בנוכחות הקרינה חזקה באמצעות מערכת זמן gating שלנו.
Protocol
Discussion
תחום ספקטרוסקופיית ראמאן ביו ראה עניין גובר בשנים האחרונות כתוצאה פוטנציאל הפגינו שלה לפתרון האתגרים הקשים מספר אבחון ביולוגי. לדוגמה, ספקטרום ראמאן הוכחו יש ערך אבחון סרטן זיהוי 3, 4, 5, 6. ספקטרוסקופיית ראמאן שימש גם ב quantitation חיידקי 7, 8 ו 9 תגובה התרופ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו מומנה על ידי הפרס NSF DBI 0852891. חלק מהעבודה זה גם מומן על ידי המרכז Biophotonics מדע וטכנולוגיה, המיועד NSF המדע והטכנולוגיה מרכז המנוהל על ידי אוניברסיטת קליפורניה, דייוויס, על פי הסכם שיתופית מס '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).
