CARS、SRS、双光子显微成像

相干拉曼显微镜(SRS、CARS、双光子)

相干拉曼散射显微术(Coherent Raman Scattering Microscopy)是一类植根于拉曼散射的光学显微成像方法,主要包含相干反斯托克斯拉曼散射(Coherent Anti-Stokes Raman Scattering,CARS)和受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering,SRS)两种方法.

CARS/SRS显微术通过探测目标分子特定的振动来提供成像所需的衬度,通过非线性光学过程大大提高了检测的灵敏度,同时本征地具备三维成像能力.因此成为极有潜力的活体(invivo)成像手段.

系统组成

非线性多模态显微成像系统由光源模块,光路整合模块,显微成像模块和数据采集模块构成。通过对光路整合模块的控制、微调和数据采集模块的匹配来实现多种成像功能。

CARS、SRS、双光子显微成像插图CARS、SRS、双光子显微成像插图1

高光谱受激拉曼散射技术的非线性多模态显微成像系统。

系统功能

- 非线性多模态显微成像系统(双光子,二次谐波,受激拉曼,瞬态吸收功能)(300 nm分辨率)
- 高光谱化学分析功能(10波数光谱分辨率)
- 高速的显微成像,支持动态和在体的生物实验(4fps)
- 支持超快瞬态吸收谱测量,并且支持高速二维瞬态吸收显微成像
- 支持对生物组织,活体生物模型,细胞,微生物等显微成像的应用

其他可选服务

• 混合拉曼系统 (结合共焦拉曼功能)
• Multiplex SRS系统 (10微秒获得受激拉曼光谱)
• 高速瞬态吸收显微镜 (1000 fps成像速度,用于纳米材料)

服务

• 完整的安装服务以及1周的使用培训
• 二年的免费维护以及服务
• 一年的质量保证和配件免费更换
• 辅助申请国家相关基金服务

基础配置

CARS、SRS、双光子显微成像插图2

应用举例

相干拉曼散射显微技术作为一种新型的成像技术,具有无标记,高特异性,非侵入等优点,已被广泛用于化学结构及物质成分分析.

小分子药物成像实例

下图为高光谱受激拉曼显微成像对药片中药物分子晶体的无损在体检测。该研究可以对药物API和辅料进行定量,讨论了同一药物的不同厂家不同工艺的仿制药与原研药的区别。
可拓展研究:

1 )药物一致性评价,药物逆向工程开发 ,药物质量控制

CARS、SRS、双光子显微成像插图3

- Ref :Slipchenko, Analytical Chemistry, 2011

 

近年来,光子学,生物医学和显微成像技术等领域的相互交叉和融合发展,CARS和SRS显微术可以对脂类等不易被标记的物质成像,还可以很好地通过选择振动光谱,对生物体内特定小分子物质如药物等,以及生物大分子如核酸,蛋白质等进行无需标记的成像,极大地推动了相干拉曼散射显微成像技术在生物医学领域的应用.

细胞学应用实例

下图为双光子/受激拉曼混合显微成像实例。用以观测细胞代谢中的化学产物并且研究化学产物细胞内合成的通路。该实验中我们研究胆固醇脂在癌细胞代谢中的作用。
可拓展研究:
1 )确定代谢相关的临床靶点和诊断标志物
2 )通过无标记观测药物分子来实现药物的生物学代谢机理研究

CARS、SRS、双光子显微成像插图4

- Ref: Yue et al., Cell metabolism, 2014

微生物应用实例

下图为同位素标记受激拉曼显微成像实例。用以观测细菌de novo合成产物并且定量分析合成产物的生物学意义。该实验中我们定量氘代葡萄糖在抗生素环境下细菌培养中的代谢过程,并通过量化细菌de novo合成中的代谢产物来量化细菌的耐药性。
可拓展研究:
1 )观测微生物代谢产物,通过代谢产物对疾病进行诊断
2 )细菌耐药性研究

CARS、SRS、双光子显微成像插图5
- Ref: Karanja et al., Analytical Chemistry, 2018

线虫应用实例

下图为高光谱受激拉曼显微模式下线虫的成像。该研究通过无标记分析线虫重要化学物质的分布和位置来研究线虫内生物机理。
可拓展研究:
1 )其他小动物模型的生物学机理研究,包括但不限于线虫,斑马鱼等等。

CARS、SRS、双光子显微成像插图6
- Ref: Wang et al., Angew.Chem. Int. Ed, 2014

组织成像应用实例

无标记非线性显微成像在组织成像有很高的应用性。由于不用荧光标记物,大大降低了组织成像,尤其是在体成像的难度。下图分别描述了前列腺癌转移后的各主要器官的组织成像;大鼠在体脊椎髓鞘成像;脂肪肝(伴随肝纤维化)的组织三维成像;乳腺癌组织高速肿瘤边缘成像等等。
可拓展研究:
1 )各类组织离体成像
2 )小鼠,大鼠组织在体成像

CARS、SRS、双光子显微成像插图7

 

 

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