Применение лазеров NKT Photonics в биовизуализации

Конечно, приложения ОКТ уже не ограничиваются одной только офтальмологией, ведь возможности метода по-прежнему не изучены полностью, а потому представляют большой интерес для исследователей.

Суперконтинуум лазеры SuperK от компании NKT Photonics обладают ключевыми параметрами, необходимыми для ОКТ сверхвысокого разрешения:

• Широкие оптические полосы
• Отличная пространственная когерентность
• Высокая плотность оптической мощности

Существуют различные практические реализации ОКТ:

Пространсвенно-временная ОКТ: опорное зеркало движется, позволяя осуществлять когерентное стробирование при различных положениях глубины в плече. Подобная реализация была первой, однако по-прежнему является актуальной, например, для ОКТ полного поля, где интерференционная картина для полного двумерного массива обнаруживается одновременно с помощью двумерной матрицы детекторов (например, CCD или CMOS).

Спектральная ОКТ, также известная как Фурье ОКТ: опорное зеркало фиксируется, интерференционная картина обнаруживается спектрально и преобразуется в пространственную информацию с помощью преобразования Фурье. Спектральная реализация ОКТ делится на:

OКT на основе спектрометра, где широкополосный источник (например, источник SuperK от компании NKT Photonics) используется для генерации интерференционного спектра, который обнаруживается с помощью высокоскоростного спектрометра, обычно с несколькими тысячами пикселей и оптическим разрешением менее 1 нм.

OКT с перестраиваемым источником, где перестраиваемый источник быстро сканирует соответствующий спектральный диапазон, спектральный отклик интерферометра обнаруживается отдельным или сбалансированным детектором.

У каждого из этих методов есть свои преимущества и недостатки, которые делают их более или менее актуальными для конкретных применений.

Источники SuperK от компании NKT Photonics могут использоваться во всех вышеперечисленных реализациях.

Микроскопия, основанная на эффекте вынужденного подавления флуоресценции

Флуоресцентная микроскопия относится к неинвазивным методам выборочного анализа компонентов клеток. Снимки, полученные данным методом, отличаются высоким контрастом.

Однако разрешение обычных микроскопов довольно мало из-за дифракционного предела, и в последние десятилетия актуальной задачей являлся обход этого ограничения. Опыты показали, что наиболее эффективен метод включения и выключения отдельных флуорофоров – использование структурированного освещения, оптической флуктуации, либо создание условий для истощения возбужденных хромофоров в объеме.

В 1994 году Стефан В. Хелл представил краткий обзор метода флуоресцентной микроскопии. Лазеры SuperK и Onefive KATANA HP от компании NKT Photonics – идеальные инструменты для реализации гибкого импульсного возбуждения, также с помощью них легко осуществляется одновременное истощение хромофоров, возбуждаемых видимым излучением и излучением из ближнего ИК диапазона.

Флуоресцентная микроскопия широко используется для исследования люминесцентных образцов с высоким пространственным разрешением, намного ниже дифракционного предела, в областях биологии, медицины и материаловедения. Поэтому в конфокальном лазерном сканирующем микроскопе образец возбуждается импульсным лазером с дифракционно-ограниченным пучком, за которым следует второй лазерный импульс с распределением интенсивности в форме кольца, который смещен в красную область относительно спектра излучения хромофора. Это приводит к подавлению внешнего кольца конфокального объема возбуждения. Поэтому оставшаяся флуоресценция после подавляющего импульса испускается только из сжатой области в центре объема возбуждения.

Принцип флуоресцентной микроскопии: возбуждение дифракционно-ограниченным пучком (слева), подавляющий кольцевой пучок (в середине), сигнал флуоресценции со сверхразрешением после подавления (справа)

Временное поведение флуоресцентного сигнала: от центрального минимума кольца (сверху), внутри подавленной области в кольце (снизу)

Суперконтинуум лазеры SuperK от компании NKT Photonics обеспечивают непрерывный спектр в видимом и ближнем ИК диапазонах и обладают отличным одномодовым профилем пучка (M² < 1.1) и пикосекундной длительностью импульса. В сочетании с фильтрами он может быть преобразован в перестраиваемый лазерный источник, позволяющий оптимизировать возбуждение каждого хромофора, поглощающего в видимой и ближней ИК областях спектра.

Многолинейное пропускание света суперконтинуум лазера SuperK через фильтр SuperK SELECT от компании NKT Photonics

Лазеры Onefive KATANA HP от компании NKT Photonics доступны с различными длинами волн в видимом и ближнем ИК спектральном диапазоне и обеспечивают высокую энергию импульса при пикосекундной длительности импульса. Эти характеристики делают их идеальными источниками для реализации подавления во флуоресцентной микроскопии.

Спектральная плотность мощности SuperK EXTREME EXW-12 (синяя), доступная длина волны для лазеров Onefive KATANA HP (красная)

В дополнение к использованию надлежащей комбинации длин волн и уровней мощности лазера во флуоресцентной микроскопии также важно точно регулировать лазерные импульсы возбуждения и подавления для синхронизации эффективного подавления возбужденных хромофоров в начале каждого цикла флуоресценции.

Регулировка импульсов возбуждения и подавления для оптимизации подавления и получения лучшего разрешения

В эксперименте разрешение в основном ограничено фотофизикой используемого хромофора. В этом причина быстрого развития новых флуоресцентных меток. Следовательно, гибкость суперконтинуум лазера для свободного выбора длины волны возбуждения помогает подготовиться к появлению меток в видимой и ближней ИК областях спектра.

Комбинация платформы SuperK с семейством лазеров Onefive KATANA HP от компании NKT Photonics становится готовым решением для наиболее гибкого и модульного внедрения в проведение исследований флуоресцентной микроскопии.

Исследование компонентов клеток

Специализированные супреконтиннум лазеры также могут быть применены для подсветки малых компонентов (вплоть до клеточного уровня).

К методам селективного гистологического анализа также относятся:

• Конфокальная микроскопия
• Флуоресцентная микроскопия времени жизни / анализ передачи энергии флуоресцентного резонанса
• Одномолекульная спектроскопия
• ОКТ (в гистологии)
• Синтез углеводродов
• Флуоресцентная микроскопия
• Проточная цитометрия
• Мультифотонное возбуждение
• Cпектроскопия когерентного антистоксова рамановского рассеяния

Доклинические исследования / визуализация мелких животных

Доклиническая визуализация – это визуализация в основном живых мелких лабораторных животных, наблюдение за изменениями на уровне органов, тканей, клеток или молекул у животных, реагирующих на физиологические изменения или изменения окружающей среды. Этот метод важен для исследовательских целей, например, при разработке лекарств, и по-прежнему остается ключевым в фармакологии.

Офтальмологическая визуализация

Офтальмологическая визуализация является разделом офтальмологии. С помощью данного метода изучается анатомия глаза, физиология, а также с высокой точностью диагностируются многие заболевания.

© NKT Photonics

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции NKT Photonics на территории РФ