應用案例

Moku:Pro簡化雙色受激拉曼散射顯微鏡實驗

介紹

在華盛頓大學, 研究人員致力于雙色受激拉曼散射(SRS)顯微鏡技術研究開發化學成像工具，用于早期癌癥檢測和了解神經退行性疾病進展。實驗裝置通常包括多個復雜的高性能儀器, 用于實時雙色 SRS 成像或兩個相距較遠的拉曼躍遷的同步成像。現在，他們正在使用Moku:Pro鎖相放大器和多儀器并行模式，僅通過Moku:Pro一臺緊湊的多通道設備進行多種實驗并捕捉低強度的SRS信號。

面臨挑戰

SRS是一種相干拉曼散射過程，可提供具有光譜和空間信息的化學成像。在典型的設置中,它使用兩個同步脈沖激光器, 即泵浦和斯托克斯(圖1), 以相干地激發分子的振動。為了從嘈雜的背景中捕捉到非常小的SRS信號, 高頻調制和相敏檢測方法是必要的。

圖1:檢測到由于SRS導致的Stokes到泵浦光束的振幅調制轉移。所展示的泵浦光束的重復率為80MHz，Stokes光束具有相同的80MHz重復率，但也在20MHz處調制。通過這個檢測方案，Δpump被提取出來。

為了進行實時雙色SRS成像實驗, 研究人員必須運用正交調制并檢測同相和正交信號分量。“在大多數SRS光譜實驗中, 由于激光器總帶寬的限制, 光譜范圍被限制在300 cm-1左右,”華盛頓大學化學助理教授Dan Fu博士說到。“避免這種情況的一種方法是使用可調諧激光器掃描波長, 但這很慢, 而且對于活細胞成像等對時間敏感的實驗來說往往是不夠的。”

為了克服這些限制, 華盛頓大學的科研人員使用第三束激光束來同時對兩個間隔很寬的光譜區域進行成像, 例如一個在指紋區域大小(比如. ～1600 cm-1應對酰胺振動)和一個在C-H區域大小(比如. ～2900 cm-1應對蛋白質), 但這會增加實驗設置的占用空間和復雜性。

圖2：用Moku:Pro多儀器并行模式設置在間隔較遠的拉曼轉換處拍攝的HeLa細胞SRS圖像。

解決方案

在采用調制傳輸檢測方案的 SRS 顯微鏡實驗中，高質量的鎖相放大器是關鍵的硬件組件。Moku:Pro 的鎖相放大器為 SRS 顯微鏡實驗中的自外差信號檢測提供了一種直觀、精確且可靠的解決方案，直觀的用戶界面為提取低強度 SRS 信號提供強大的操控性和靈活性。

圖3: Moku:Pro鎖相放大器的通道配置

Moku:Pro的鎖相放大器可以配置相位偏置,低通濾波器和設定增益用于優化實驗。內置的探測點功能可以在調整設置時用于實時監測。X和Y輸出均可用于雙通道成像。

對于三路激光器的情況下, Moku:Pro 多儀器并行模式可以配置兩個鎖相放大器, 將系統簡化為一個設備而不需要任何妥協。這使得研究人員可以同時拍攝兩張波數差較大的 SRS 圖像, 利用一個 Moku:Pro 來處理兩個光電二極管檢測器信號。

圖4: Moku:Pro多儀器并行模式配置多通道鎖相放大器

圖 4 演示了多儀器并行模式配置使用兩個鎖相放大器用于同步 SRS 顯微鏡實驗。對于插槽 1 中的鎖相放大器, 輸入 In 1 是第一個光電二極管的檢測信號, In 2 是參考信號, 輸出Out 1是發送到外部數據采集卡的信號, Out 3被棄置。對于插槽2中的鎖相放大器, In 3是第二個光電二極管的檢測信號, In 2再次作為參考信號, Out 2是發送到外部數據采集卡的信號, Out 4被棄置。每個檢測到的信號(Out 1 和 Out 2)在被發送到數據采集卡之前通過調整它們各自的相位偏置來最大化。本例中的插槽 3 和 4 配置了示波器, 但還可以配置為Moku:Pro中的任意儀器功能。

圖5：Moku:Pro在多儀器模式下，配置了兩個鎖相放大器，有三個輸入通道和兩個輸出通道在使用。

結果

Moku:Pro的鎖相放大器為眾多SRS顯微鏡實驗提供了出色的解決方案。“用戶界面可以對提取低強度SRS信號進行直觀且強大的控制,僅需要使用Moku:Pro的多儀器并行模式就能在緊湊的系統上進行復雜的成像實驗,” Fu博士說道。從典型的單通道SRS成像到雙通道成像, 甚至是多儀器成像, 華盛頓大學的科研人員可以簡化他們的實驗設置而不用作出妥協。

問題和反饋