고객 성공 사례

다중 스펙트럼 라만에 대한 Fidelity 레이저 키 조직 이미징

과제

생물학적 연구와 수술 중 생체 검사와 같은 미래 임상 응용분야 모두에서 진동 이미징의 궁극적인 목표는 상세한 화학적 매핑을 위해 충분한 스펙트럼 정보를 사용해서 최대 비디오 레이트까지 빠른 3D 이미지를 수행하는 것입니다. 또한 생물학적 연구와 임상 전 응용분야에서는 라벨이 없는 이미징이 유용하고 중요합니다.

자발적 라만 현미경은 라벨 없는 이미징을 위한 강력한 기법이지만 신호가 매우 약해서 속도와 감도가 제한적인 것이 특징입니다. SRS (유도 라만 산란) 는 이러한 신호를 수십 배 크기로 증폭시켜 줍니다. 하지만 SRS는 일반적으로 1개 또는 2개의 개별 주파수에서만 수행되어 기본 매핑 즉, 단백질 또는 지방질이 많은 영역의 구분을 가능하게 해줍니다. 이탈리아 Politecnico di Milano의 Giulio Cerullo 교수와 동료들은 SRS를 여러 개(초기 32개)의 파장 채널로 크게 확장하기 시작했습니다. 이를 위해 연구진은 물이 흡수되지 않고 다중 광자 흡수를 통한 DNA 광손상 위험이 극히 낮은 1 미크론 파장의 고속 레이저 시스템이 필요했습니다.

솔루션

연구진은 몇 가지 이유로 10와트 Coherent Fidelity에 여기 레이저 시스템을 구축하기로 결정했습니다. 우선, 출력은 조직 이미징을 위해 필요한 범위인 1040 nm입니다. 빔이 일부는 SRS 펌프 빔에 사용되고 광역 SRS 스토크스 빔을 생성하는 자체 제작된 OPO(광 매개변수 발진기)를 구동하는 데에도 일부 사용되기 때문에 높은 출력이 중요합니다. 또한 SRS는 3차 광학 효과이므로 출력이 매우 많이 소비됩니다. 또한 50 µs/픽셀 미만의 짧은 체류 시간과 빠른 변조로 고속 스캔을 지원하기 때문에 레이저의 높은(80 MHz) 반복 속도도 중요합니다. 빠른 변조는 감지 측면의 핵심입니다. 이를 위해 연구진은 고유한 32 채널 락인 증폭기 칩과 함께 포토다이오드 배열을 사용합니다. 이것은 펌프 빔의 고속(2 MHz) 변조에 동기화됩니다. (Coherent는 높은 신호 대 잡음 비 그리고 그로 인한 고속 스캐닝을 지원하도록 Fidelity 노이즈가 이 주파수에서 특히 낮음을 측정 및 확인하여 계획 단계에서 이 연구진을 도왔습니다.)

결과

Cerullo 그룹은 이 시스템이 스펙트럼적으로 혼잡한 샘플의 상세하고 높은 공간 해상도 매핑을 수행할 수 있음을 성공적으로 보여주었습니다. 이 그룹은 32 SRS 파장 채널의 스펙트럼 피팅을 사용해서 단일 지질 액적 수준에서 배양 간세포에서 두 가지 지방산의 상대 농도를 측정함으로써 이질적 샘플의 화학적 성분을 구분해냈습니다. 이 그룹은 또한 섬유육종의 전임상 마우스 모델에서 종양 마진을 식별했습니다. 이 그룹은 최근에 최신 고출력(18 W) Coherent Fidelity 레이저로 이동하여 시스템 성능을 업그레이드했습니다.

성공 사례 더 보기

 
“저희 이미징 방식의 광학적 및 전자적 복잡성으로 인해 Fidelity의 높은 신뢰성과 단순한 작동성이 중요한 이점이 되었습니다. "
 

- 이탈리아 Politecnico di Milano 물리학 교수 Giulio Cerullo

 

 

 

 

Stimulated Raman Scattering (SRS) Imaging

그림 1: 다중 채널 락인 감지를 기반으로 하는 광대역 SRS 진동 이미징. Cerullo 그룹에서 개발된 광학 설정의 개략적 표현.

 

Spectrally-Resolved Images

그림 2: 두 가지 다른 지질 종의 상대 농도를 매핑하는 마우스 간세포의 스펙트럼 해상도 이미지.

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