基于受激拉曼散射顯微鏡的高靈敏度無(wú)標(biāo)記生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)背景：因?yàn)楦鞣N化學(xué)鍵有其特征頻率，使得基于紅外吸收和拉曼散射的振動(dòng)顯微術(shù)可被用作為無(wú)標(biāo)記對(duì)比度機(jī)制。然而使用長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅外顯微鏡的分辨率不夠，使用短激發(fā)波長(zhǎng)的自發(fā)拉曼散射顯微鏡盡管有高分辨率，但是其靈敏度不夠，成像速度不足。相干反斯托克斯拉曼散射(coherent anti-Stokes Raman scattering,CARS)顯微鏡的靈敏度要高于自發(fā)拉曼散射顯微鏡，但是因?yàn)榉枪舱癖尘暗拇嬖冢拗屏似涮綔y(cè)靈敏度。受激拉曼散射(stimulated raman scattering,SRS)于1968年初次觀測(cè)到，隨后在許多光譜研究中得到廣 ...

中，阻斷瑞利散射，并將拉曼信號(hào)傳輸?shù)焦庾V儀中，長(zhǎng)通濾光片是測(cè)量斯托克斯分量的常用濾光片。但是隨著入射角度的增大，邊緣截止波長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)藍(lán)移，且隨著入射角的增加，s和p偏振的邊緣移動(dòng)量不一致，使得他們不適合于共振拉曼譜測(cè)量。如下圖1a所示，入射角增大到30°時(shí)邊緣藍(lán)移約20 nm，且s偏振和p偏振表現(xiàn)出了7 nm的分裂，說(shuō)明不適用于可調(diào)諧激發(fā)。圖1b所示的TLP濾光片可在0-60°范圍內(nèi)偏轉(zhuǎn)并不降低邊緣陡度，且在全量程范圍內(nèi)提供OD>6的光密度和90%以上的傳輸，可調(diào)諧波長(zhǎng)可覆蓋400-1100 nm，很適合于可調(diào)諧激光光源拉曼測(cè)試。圖1如下圖2a所示，一個(gè)超連續(xù)激光光源（400-2400 n ...

特定偏振態(tài)的散射光通過(guò)。偏振光耦合進(jìn)光纖后，光纖受外部環(huán)境影響會(huì)改變其中背向散射光的偏振態(tài)，能夠經(jīng)過(guò)檢偏器的光就發(fā)生了變化。就可以據(jù)此探測(cè)光纖的擾動(dòng)傳感。從應(yīng)用上來(lái)看，POTDR主要是測(cè)量與光纖中光波偏振態(tài)有關(guān)的物理量，在電壓測(cè)量、持續(xù)振動(dòng)、快速擾動(dòng)及光纖中偏振模色散測(cè)量中有所應(yīng)用。利用光纖的二階橫向電光效應(yīng)，把單模光纖或液體芯光纖彎曲成螺旋型，放置在高壓線路附近。電壓會(huì)引起光纖中光波偏振態(tài)的變化。光纖在彎曲成螺旋形時(shí)，離線路越遠(yuǎn)，螺紋間距越大，高頻率的振動(dòng)測(cè)量，使用POTDR也是不錯(cuò)的選擇。基于頻譜分析的POTDR系統(tǒng)具有靈敏度高，對(duì)外界干擾反應(yīng)及時(shí)、抗噪能力強(qiáng)，可測(cè)量頻率高達(dá)5kHz的振動(dòng) ...

明的相干拉曼散射顯微鏡,可以打破散粒噪聲限制，提高信噪比、靈敏度和成像速度。在對(duì)細(xì)胞內(nèi)部進(jìn)行成像時(shí)，信噪比提高了 35%。結(jié)合亞波長(zhǎng)分辨率和高靈敏度(提升14%)，可以看到原本會(huì)被散粒噪聲掩埋的生物特征。利用量子關(guān)聯(lián)可以避免光致?lián)p傷。消除了相干拉曼顯微鏡和更廣泛的高性能顯微鏡進(jìn)一步發(fā)展的根本障礙。原理解析：（1）借助壓縮態(tài)光場(chǎng)的光學(xué)測(cè)量可以突破散粒噪聲極限，通過(guò)明亮壓縮光源與相干拉曼顯微鏡結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)突破散粒噪聲限制的成像效果。顯微鏡采取倒置結(jié)構(gòu)，集成了傳統(tǒng)明場(chǎng)成像和量子增強(qiáng)受激拉曼成像(如圖1a)。選用近紅外波長(zhǎng)減小生物樣品的激光吸收和光損傷。圖1a左為泵浦光生成部分，中為受激拉曼散射生成 ...

和樣本出射的散射光之間的相移)圖像(見(jiàn)圖2a)。以 π?2 的相移增量，記錄與各個(gè)相移相關(guān)的四個(gè)強(qiáng)度幀，利用四個(gè)強(qiáng)度圖像，將入射場(chǎng)和散射場(chǎng)的幅度從相位信息中解耦，并獲得與樣本相關(guān)的定量相位圖(見(jiàn)圖2b)。由于 SLIM 是共軸光路，相位測(cè)量在幾分之一納米路徑長(zhǎng)度內(nèi)非常穩(wěn)定。 相襯顯微鏡采取白光照明，SLIM 圖像沒(méi)有散斑，從而具有亞納米空間光程靈敏度。 這些屬性使 SLIM 非常適合在載玻片上成像病毒顆粒的挑戰(zhàn)性任務(wù)。 圖2c說(shuō)明了與傳統(tǒng)相差顯微鏡相比，SLIM 中對(duì)比度的顯著提升。（3）分辨率提升：由于成像系統(tǒng)的分辨率只有約335nm，而本文所用的單個(gè)病毒的平均直徑小于150nm，所以需要通 ...

，光的吸收和散射都很弱，由細(xì)胞厚度或折射率變化來(lái)改變?nèi)肷涔獠ǖ奈幌喾植肌６搜壑荒芨惺芄鈴?qiáng)的變化，不能辨別位相變化。 解決這一困難需要將位相變化轉(zhuǎn)化為強(qiáng)度的變化。生物學(xué)家采用對(duì)透明細(xì)胞的染色技術(shù)達(dá)到這一目的。但是，染色會(huì)對(duì)細(xì)胞的健康、結(jié)構(gòu)等帶來(lái)一系列影響，使得我們不能在顯微鏡下如實(shí)的觀察細(xì)胞的生命過(guò)程。Zernike發(fā)明的相襯顯微鏡通過(guò)改變直接透射光和相位物體微弱的散射光之間的位相關(guān)系，將空間的位相變化轉(zhuǎn)換成人眼可觀測(cè)的強(qiáng)度變化，使得透明相位物體無(wú)需染色即可清晰的觀察其內(nèi)部細(xì)節(jié)。然而，相襯顯微鏡只能定性觀察，不能得到定量的結(jié)果。定量結(jié)果需要定量相位成像。定量相位成像最近已成為一個(gè)活躍的領(lǐng)域，并 ...

積方法基于光散射、發(fā)射或吸收表面。它們?cè)陲@示器周圍的任何地方提供不受限制的可見(jiàn)性，并且可以使用旋轉(zhuǎn)表面(主動(dòng)或被動(dòng))、等離子體、空氣顯示器和光泳阱來(lái)創(chuàng)建。然而，這些方法不能重建聲音和觸覺(jué)。迄今為止報(bào)道的聲學(xué)懸浮顯示器僅展示了以降低的速度控制減少的點(diǎn)數(shù)，并且不涉及觸感或可聽(tīng)見(jiàn)的聲音。技術(shù)要點(diǎn)：基于此，英國(guó)薩塞克斯大學(xué)的Ryuji Hirayama等人提出了一種多模聲阱顯示(multimodal acoustic trap display, MATD)，觀察人員可以同時(shí)從顯示體積周圍的任何點(diǎn)看到半空中的視覺(jué)內(nèi)容，并從該體積接收聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)反饋。(1) 基于聲鑷技術(shù)，使用超聲波輻射力捕獲粒子(聲鑷可以 ...

對(duì)動(dòng)態(tài)的光學(xué)散射介質(zhì)內(nèi)部成像(如人體組織)是生物醫(yī)學(xué)光學(xué)領(lǐng)域的核心挑戰(zhàn)。 在過(guò)去的幾十年里，研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)了各種各樣的技術(shù)手段來(lái)不同程度的應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。其中包括共聚焦和非線性顯微技術(shù)(現(xiàn)在可以以亞細(xì)胞分辨率對(duì)1毫米深的組織成像)、新型波前整形、飛行時(shí)間漫射光學(xué)(TOF diffuse optics)、光聲技術(shù)(成像深度擴(kuò)展到厘米級(jí),分辨率較低)等。動(dòng)態(tài)散射樣品(由熱變化和細(xì)胞運(yùn)動(dòng)引起的微觀運(yùn)動(dòng))的光學(xué)散射特征會(huì)隨時(shí)間快速變化，為有效的活體深層組織成像帶來(lái)了挑戰(zhàn)。一種可行的策略是直接測(cè)量散射樣品的內(nèi)部動(dòng)態(tài)，利用這些動(dòng)態(tài)變化來(lái)輔助成像。例如，在此類方法中，主要目標(biāo)不是形成基于強(qiáng)度的光吸收或熒光發(fā) ...

息圖形成了與散射表面分離的點(diǎn)。相反，立體顯示器可具有與圖像點(diǎn)位于同一位置的散射表面。術(shù)語(yǔ)“立體顯示”用于描述“允許從物理體積內(nèi)的一組局部和特定區(qū)域產(chǎn)生、吸收或散射可見(jiàn)輻射”的設(shè)備。美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)的顯示技術(shù)技術(shù)小組提出了對(duì)這個(gè)定義的改進(jìn)，它指明立體顯示器具有與光散射(或吸收和生成)表面位于同一位置的圖像點(diǎn)。這種微妙的區(qū)別突出了立體顯示器的雕塑般的物理性和如何產(chǎn)生其呈現(xiàn)“深度而不是深度線索”的獨(dú)特能力。在立體系統(tǒng)中，我們知道只有三種這樣的顯示器已在自由空間中得到成功演示：誘導(dǎo)等離子體顯示器(induced plasma display)、改進(jìn)的空氣顯示器和聲學(xué)懸浮顯示器。等離子顯示器尚未展示RGB顏 ...

色光的非彈性散射，是一種可以用來(lái)識(shí)別特定化學(xué)鍵的強(qiáng)大技術(shù)。當(dāng)入射光子和化學(xué)分子相互作用時(shí)，就會(huì)發(fā)生光子散射。大多數(shù)散射光子是由瑞利散射(一種彈性散射形式)產(chǎn)生的，并且與激發(fā)激光具有相同的波長(zhǎng)。一小部分被散射的光子是由稱為拉曼散射的非彈性散射過(guò)程產(chǎn)生的。雖然與瑞利散射光子相比，光子的數(shù)量相對(duì)較少，但這些光子的波長(zhǎng)和強(qiáng)度攜帶有關(guān)特定化學(xué)鍵存在的定性和定量信息。在給定的拉曼光譜中，出現(xiàn)在特定波數(shù)位置的一組峰可以被描述為識(shí)別特定化學(xué)物質(zhì)的“指紋”，同時(shí)，峰的高度可以與這種化學(xué)物質(zhì)的濃度有關(guān)。多組分分析是拉曼光譜的應(yīng)用之一。在過(guò)去的二十年里，許多研究小組提出了光學(xué)拉曼裝置，專門設(shè)計(jì)來(lái)提高該技術(shù)測(cè)量多組分 ...