Лазер с низкой частотой повторения возбуждает множественные флуоресцентные сигналы. Предоставлено: Т. Цяо (HKU).

Двухфотонная микроскопия (2PM) играет надежно эффективную роль в неинвазивной визуализации глубоких тканей в биомедицинских исследованиях. С момента изобретения двухфотонного микроскопа в конце 20-го века наблюдается постоянный поток связанных исследований, продвигающих 2PM - от флуорофоров до методов визуализации и приложений - в областях биохимии и медицины.

Как визуализировать более глубокие ткани было большой проблемой в двухфотонной визуализации. Лазерные источники потенциально могут решить эту проблему. Однако традиционный титан-сапфировый лазер с синхронизацией мод для двухфотонной визуализации ограничен своей высокой частотой повторения и не может обеспечить высокую энергию импульса, необходимую для визуализации глубоких тканей при низкой мощности воздействия. Волоконный лазер легко преодолевает высокую частоту повторения, добавляя несколько десятков метров волокон в резонатор, но в некоторых случаях он страдает низким коэффициентом усиления и низким отношением сигнал /шум (SNR).

Недавно, как сообщается в Advanced Photonics Nexus, исследователи из Omega Group Кеннета Вонга в Университете Гонконга (HKU) разработали высокопроизводительный лазер в качестве нового источника света для многофотонной микроскопии. Они сообщили о 937-нм лазере, частота которого удвоена по сравнению с полностью волоконным лазером с синхронизацией мод на 1,8 мкм, с низкой частотой повторения ~ 9 МГц и высоким SNR 74 дБ.

Новый лазерный источник с длиной волны 937 нм основан на фазовой самомодуляции в одномодовом волокне для одновременного увеличения мощности 1,8 мкм и сжатия ширины импульса. Конструкция лазера с длиной волны 937 нм подходит для высокочувствительной глубокой визуализации множественных флуоресцентных белков. Источник лазерного излучения обеспечивает двухфотонное возбуждение различных типов биологических тканей. Глубина проникновения, продемонстрированная на мозге мыши, достигла 620 мкм, что свидетельствует о возможностях этого метода для визуализации глубоких тканей. Исследователи также провели визуализацию генерации второй гармоники (SHG), продемонстрировав визуализацию без меток и первоначально подтвердив потенциал этого источника света для приложений мультимодальной визуализации.

Результаты двухфотонной визуализации на основе нового лазера с длиной волны 937 нм.
( а ) и ( b ) Двухфотонные флуоресцентные изображения YFP-меченых нейронов и волокон в срезе мозга мыши.
( c ) Два фотонных флуоресцентных изображения липофильно окрашенных трассером сосудов на разных глубинах мозга мыши.
( d ) 3D-реконструкция изображений нейронов головного мозга мыши, меченных EGFP.
Авторы и права: Хэ, Тан и др., doi 10.1117/1.APN.1.2.026001.

Благодаря низкой частоте повторения и высокому отношению сигнал/шум источнику света требуется мощность всего 10 мВт для визуализации ткани на глубине более 600 мкм, что значительно ниже, чем у волоконного лазера с частотой 40 МГц, для которого требуется около 200 мВт мощность на такой же глубине. Это значительно снижает фотообесцвечивание и фотоповреждение при визуализации, улучшая глубину визуализации тканей и повышая безопасность визуализации в реальном времени (in vivo).

Эта работа будет способствовать более глубокому пониманию визуализации глубоких тканей для исследований и биомедицинских приложений. Постдокторский научный сотрудник HKU и автор-корреспондент Тянь Цяо отмечает, что «этот новый лазерный источник с высоким отношением сигнал-шум 937 нм обеспечивает хороший баланс между чувствительностью, глубиной проникновения и скоростью формирования изображения для двухфотонной визуализации. его захватывающий потенциал для биологических исследований, таких как визуализация глубоких тканей in vivo и многорежимная визуализация».