微生物是否在散射光中产生宏观的圆偏振特征。如果光合微生物确实产生了这样的特征,那么圆偏振光谱就可以作为强指标在遥感中进行广泛的生物探测。William B. Sparks团队从马里兰大学生物技术研究所海洋生物技术中心获得了光合海洋蓝藻细菌的培养物。这些光合的原核生物具有叶绿素a和天线色素藻蓝藻和藻蓝蛋白。他们测量了这些样品的圆偏振特性。实验使用了HINDS的偏振测量仪(系列II/FS42-47),设计目标是在存在线偏振度约0.03的条件下测量圆偏振度10-4的圆偏振光。2个夹角45°的PEMs,以共振频率42kHz和47kHz调制,然后是轴22.5°的Glan棱镜、场透镜、单色仪和光电倍增管检 ...
基于受激拉曼散射显微镜的高灵敏度无标记生物医学成像技术背景:因为各种化学键有其特征频率,使得基于红外吸收和拉曼散射的振动显微术可被用作为无标记对比度机制。然而使用长波长的红外显微镜的分辨率不够,使用短激发波长的自发拉曼散射显微镜尽管有高分辨率,但是其灵敏度不够,成像速度不足。相干反斯托克斯拉曼散射(coherent anti-Stokes Raman scattering,CARS)显微镜的灵敏度要高于自发拉曼散射显微镜,但是因为非共振背景的存在,限制了其探测灵敏度。受激拉曼散射(stimulated raman scattering,SRS)于1968年初次观测到,随后在许多光谱研究中得到广 ...
准技术。均匀散射激光束的品质由以下参数定义:衍射极限倍数因子M2,或它的倒数k因子。M2或k因子给出了激光光束聚焦程度的理论测量方法。这对评价不同应用领域的光束好坏非常重要。M2或k=1表示理想的衍射光束。换句话说,它直接与波长和透镜系统的衍射极限相关,和激光本身没有任何关系。激光二极管和垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)都是半导体激光器,有着比近轴光束更大的发散角。从典型的激光腔中检测这类激光非常困难。通常重要参数包括:功率输入-光强输出曲线(称为LI或LIV曲线)、光束的光谱以及发散角。由于半导体激光器的发散角较大,需要用透镜聚焦得到可用光束。通过光束形状和发散特性,能够得出光学设计中 ...
因而其带来的散射比传统共聚焦显微镜中所使用的较短的可见波长更少。更长的波长同时也减少了来自散射光的背景照明,并增加了在更高深度处的对比度。目前,用TPEF显微镜可以获得1mm深度的体内大脑图像。在荧光显微镜中,当两个独立的光子被一种介质同时吸收时,就会发生双光子激发。这需要两个合适能量的光子在这样的介质上时间和空间上同时重合;通常来说这不需要非常大的激发光子通量,当然光子通量越大, 双光子同时被吸收的概率就越大。在TPEF显微镜中,更高的光子通量会带来更高的效率,从而带来图像质量和分辨率的提升。在TPEF显微镜中,双光子激发所需的大光子通量更多的是通过宽波段可调谐的钛宝石飞秒激光器实现的,激光 ...
(生物组织光散射的减少,正比于激发波长的四次方)。原理简介:(1)当同时到达样品上的两个或更多的光子的能量之和满足荧光基团从基态跃迁到激发态的能量要求时,多光子激发发生。荧光信号可以是进入生物样品的外源探针(Hpechst,AlexaFluor488等),也可以是内源分子(NAD(P)H或逆转录荧光蛋白)。(2)多光子成像对二次谐波(Second harmonic generation, SHG)生成敏感,即两个光子瞬间将它们的能量转移到一个波长减半的光子上。二次谐波生成不需要荧光基团,但要求分子结构是高度有序和特别对称的。最常见的满足二次谐波生成的生物结构是胶原。(3)多光子成像是一种非线性 ...
明的相干拉曼散射显微镜,可以打破散粒噪声限制,提高信噪比、灵敏度和成像速度。在对细胞内部进行成像时,信噪比提高了 35%。结合亚波长分辨率和高灵敏度(提升14%),可以看到原本会被散粒噪声掩埋的生物特征。利用量子关联可以避免光致损伤。消除了相干拉曼显微镜和更广泛的高性能显微镜进一步发展的根本障碍。原理解析:(1)借助压缩态光场的光学测量可以突破散粒噪声极限,通过明亮压缩光源与相干拉曼显微镜结合,可以实现突破散粒噪声限制的成像效果。显微镜采取倒置结构,集成了传统明场成像和量子增强受激拉曼成像(如图1a)。选用近红外波长减小生物样品的激光吸收和光损伤。图1a左为泵浦光生成部分,中为受激拉曼散射生成 ...
和样本出射的散射光之间的相移)图像(见图2a)。以 π⁄2 的相移增量,记录与各个相移相关的四个强度帧,利用四个强度图像,将入射场和散射场的幅度从相位信息中解耦,并获得与样本相关的定量相位图(见图2b)。由于 SLIM 是共轴光路,相位测量在几分之一纳米路径长度内非常稳定。 相衬显微镜采取白光照明,SLIM 图像没有散斑,从而具有亚纳米空间光程灵敏度。 这些属性使 SLIM 非常适合在载玻片上成像病毒颗粒的挑战性任务。 图2c说明了与传统相差显微镜相比,SLIM 中对比度的显著提升。(3)分辨率提升:由于成像系统的分辨率只有约335nm,而本文所用的单个病毒的平均直径小于150nm,所以需要通 ...
,光的吸收和散射都很弱,由细胞厚度或折射率变化来改变入射光波的位相分布。而人眼只能感受光强的变化,不能辨别位相变化。 解决这一困难需要将位相变化转化为强度的变化。生物学家采用对透明细胞的染色技术达到这一目的。但是,染色会对细胞的健康、结构等带来一系列影响,使得我们不能在显微镜下如实的观察细胞的生命过程。Zernike发明的相衬显微镜通过改变直接透射光和相位物体微弱的散射光之间的位相关系,将空间的位相变化转换成人眼可观测的强度变化,使得透明相位物体无需染色即可清晰的观察其内部细节。然而,相衬显微镜只能定性观察,不能得到定量的结果。定量结果需要定量相位成像。定量相位成像最近已成为一个活跃的领域,并 ...
对动态的光学散射介质内部成像(如人体组织)是生物医学光学领域的核心挑战。 在过去的几十年里,研究人员已经开发了各种各样的技术手段来不同程度的应对这一挑战。其中包括共聚焦和非线性显微技术(现在可以以亚细胞分辨率对1毫米深的组织成像)、新型波前整形、飞行时间漫射光学(TOF diffuse optics)、光声技术(成像深度扩展到厘米级,分辨率较低)等。动态散射样品(由热变化和细胞运动引起的微观运动)的光学散射特征会随时间快速变化,为有效的活体深层组织成像带来了挑战。一种可行的策略是直接测量散射样品的内部动态,利用这些动态变化来辅助成像。例如,在此类方法中,主要目标不是形成基于强度的光吸收或荧光发 ...
被证明在通过散射介质成像或在稀疏照明压缩感知成像时具有优势。通过采用各种编码机制,包括 Hadamard基, 傅里叶基和随机模式 ,SPI 得以拓展到全彩成像、多光谱成像 、时间分辨成像(time-resolved imaging)和三维成像等应用。(3)获得生物学样品的振幅和相位信息很重要。从光学成像的角度来看,同时具有振幅和相位信息的复值生物样本的成功建模在生物光子学中具有重要意义。例如,许多薄的生物组织在与光相互作用时表现出低散射和低吸收,导致在无染色情况下使用传统显微镜直接成像时对比度低。即使对于振幅图像可以提供足够对比度的较厚组织,其相应的相位图像也始终是一个很好的补充。由于衍射光的 ...
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