基于受激拉曼散射顯微鏡的高靈敏度無標(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。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)胞的生命過程。Zernike發(fā)明的相襯顯微鏡通過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創(chuàng)建。然而，這些方法不能重建聲音和觸覺。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見的聲音。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)看到半空中的視覺內(nèi)容，并從該體積接收聽覺和觸覺反饋。(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)。 在過去的幾十年里，研究人員已經(jīng)開發(fā)了各種各樣的技術(shù)手段來不同程度的應(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“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)來提高該技術(shù)測(cè)量多組分 ...