Märgivaba pilditehnikana on multimodaalne mittelineaarne optiline kujutis (NLOI) muutunud võimsaks vähi hindamise vahendiks. Multimodaalse NLOI-ga seotud liikumisartefaktide ja optiliste kahjustuste vältimiseks on üheks lahenduseks kasutada ühte ülikiiret laserit ergutusallikana koos mitme tuvastuskanaliga, et koguda signaale erinevatest modaalsustest erinevate biomolekulide vaatlemiseks. Kuid sel juhul ei saa iga režiimi iseseisvalt optimeerida ja kõigi NLOI režiimide ergastamiseks on vaja sobivat ergastusallikat. Märgistusteta spontaanse fluorestsentsmultipleksitud (SLAM) mikroskoopia, mille ergastuse lainepikkus on seatud 1110 nm, võimaldab üheaegselt koguda signaale neljast režiimist ühes ergastustingimustes erinevate signaalituvastuskanalite kaudu, omandades FAD jaoks kahe fotoni fluorestsentsi (2PAF). , kolme fotoni fluorestsents (3PAF) NADH jaoks, kahe oktaavi sagedus (SHG) kollageenstruktuuride jaoks ja kolme oktavi sagedus (THG) murdumisnäitaja mutatsiooni jaoks. sageduse (THG) signaalid murdumisnäitaja mutatsioonidel. Praegu peavad enamik SLAM-mikroskoopide juhtimiseks kasutatavaid valgusallikaid ühendama ülilühikesed impulsid fotoonilisteks kristallkiududeks või kristallideks, et saavutada lainepikkuse muundamine, mis hõlmab kõrgeid kulusid, suurt jalajälge, keerulist tööd ja võimetust pikaajaliselt stabiilselt töötada.
To address the above problems and difficulties, the L07 group of Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences/Beijing National Research Center for Condensed Matter Physics (NRCP), based on many years of research on ultrafast fiber lasers, proposed a Yb-doped fiber laser with dual management of pre-chirp and gain, and finally obtained a pulse with a wavelength of 1110 nm, an energy of more than 90 nJ, a pulse width of 34 fs, and peak power of close to 3 MW, by finely adjusting the input energy and pre-chirp. With a wavelength of >90nJ, impulsi laius 34fs ja tippvõimsus peaaegu 3MW, valgusallikas on kompaktne ja stabiilne, saavutades samal ajal suurepärase impulsikvaliteedi, et juhtida SLAM-mikroskoope meditsiiniliseks pildistamiseks.
Joonisel 1 on kujutatud ütterbiumiga legeeritud fiiberlasersüsteemi skemaatilist diagrammi, millel on eelhäälestus ja kahekordne võimendus. See koosneb seemneallikast, eelvõimendusmoodulist, säutsumise-eelsest moodulist, võimendusega juhitud võimenduse (GMA) moodulist ja tihendusmoodulist. Seemneallikas annab algimpulsi, mille kesklainepikkus on 1040 nm, impulsi energia 0,2 nJ ja kordussagedus 43 MHz. Seemneimpulssi eelvõimendab 40 cm pikkune Yb legeeritud fiiber ja GMA mooduli ette asetatakse paar resti, et tekitada dispersioon, ning eelvõimendatud väljundile lisatakse negatiivne või positiivne eelsirp. pulss, reguleerides võre vahekaugust. Täiendavaid eelnevalt piiksutatud impulsse võimendatakse võimenduse juhtimiseks 3,1 m pikkuses Yb-legeeritud kius. Teine võimendatud impulss surutakse läbi teise paari ülekandevõre. Nende parameetrite mõju impulsi tihendamise kvaliteedile uuritakse sisendenergia ja eelhäälestuse peenhäälestamisel ning katsetulemused on näidatud joonistel fig. 2 ja 3, mis näitavad, et kõrge tihenduskvaliteediga impulsse saab toota erineva pumba võimsuse, sisendenergia ja sobiva negatiivse piiksu korral. Kui pumba võimsus on 9 W, on sisendimpulsi energia 0,6 nJ ja eelheli on -36000 fs2, impulsi kesklainepikkusega 1110 nm, impulsi laiusega 34 fs, energiaga 92,2 nJ ja saadakse ligi 3 MW tippvõimsus, mis sobib väga hästi SLAM-mikroskoopide juhtimiseks meditsiinilise pildistamise jaoks.
Pilt Joonis 2. Erinevate sisendimpulsi energiate mõju GMA impulsi kokkusurumisele pumba võimsusel 9 W ja -36000 fs2 eelpiibutusel. ( a ) Kompressiooniimpulsi laius ja Strehli suhe erinevatel sisendenergiatel. (b) Väljundspektrid erinevatel sisendenergiatel. c) Punane kõver: kokkusurutud impulsi mõõdetud autokorrelatsioonitrajektoor, must kõver: spektraalarvutusega saadud teisendatud piirimpulsi autokorrelatsioonitrajektoor
Joonis 3. Erinevate eelsignaalide mõju GMA impulsi tihendamisele sisendimpulsi energia 0,6 nJ ja pumba võimsuse 9 W korral. Tulemused on kokku võetud järgmiselt (a) Kokkusurutud impulsi laius ja Strehli suhe erinevatele eelsäutsikutele. (b) Väljundspektrid erinevatel eelhelinatel. (c) Punane kõver: kokkusurutud impulsi mõõdetud autokorrelatsioonitrajektoor, must kõver: spektraalarvutusega saadud transformeeritud piirimpulsi autokorrelatsioonitrajektoor.
Meeskond kasutas seda ülikiiret valgusallikat kasvajapatoloogia uurimiseks erinevates kudedes, sealhulgas soole adenokartsinoom, kopsu adenokartsinoom ja maksakuded, et SLAM-tehnika abil üheaegselt kujutada rakulisi ja rakuväliseid komponente. Soolestiku adenokartsinoomi koe SLAM-pilt on näidatud joonisel 4, kus roheline tähistab SHG-d, magenta tähistab THG-d, kollane tähistab 2PEF-i ja sinine 3PEF-i. SLAM-pildistamine võib pakkuda palju rikkalikumaid raku ja koe üksikasju kui tavalised H&E-värvitud kujutised, mis võivad aidata mõista biokomponentide muutusi nii kasvajates kui ka normaalsetes kudedes ning otsida biomarkereid vähi diagnoosimiseks ja prognoosimiseks.
Pilt Joonis 4. (a) Soole adenokartsinoomi koe SHG/THG/2PEF/3PEF kujutis. Erinevaid huvipakkuvaid piirkondi suurendatakse punktides (c) - (e) (valged katkendlikud ruudud). (b) Vastavad H&E värvimispildid. c) normaalse soole limaskesta koe 2PEF/3PEF kujutis. (d) normaalse soole limaskesta koe SHG/THG kujutis. (e) Interstitsiaalsete kiudude ja rasvavakuoolide SHG-kujutis, punane nool: soolestiku nääre, sinine nool: basaalmembraan, roheline nool: tassirakkude poolt sekreteeritud lima, valge nool: makrofaag, kollane nool: interstitsiaalsed kiud, lilla nool: rasvavakuoolid. Skaalariba: 200 μm
Üldiselt saavutas uurimisrühm kvaliteetse ülikiire impulsi genereerimise, töötades välja kahekordse juhitava Yb-leegeeritud kiudlaseri, mida rakendati edukalt SLAM-kuvamisel – tehnikal, mis võib pakkuda rikkalikumaid raku- ja koeandmeid, võib aidata onkopatoloogilistel uuringutel ja vähi diagnoosimisel. Lisaks on ülikiire valgusallikas kompaktne ja vastupidav, mistõttu sobib see ideaalselt kasutamiseks kliinilises keskkonnas erinevate füsioloogiliste ja patoloogiliste protsesside kiireks ja igakülgseks hindamiseks. Selle uuringu uuenduslikud tulemused edendavad eeldatavasti meditsiinidiagnostika ja -teraapia valdkonda, pakkudes täpsemat ja põhjalikumat teavet vähi diagnoosimiseks, efektiivsuse hindamiseks ja individuaalseks raviks. Kuna tehnoloogia areneb ja optimeeritakse, eeldatakse, et SLAM-pildistamine mängib tulevikus kliinilises praktikas olulisemat rolli. Selle eduga seotud seadet ja põhiseadet on taotletud riiklike leiutise patentide jaoks.
Tulemused avaldati Ameerika Optiliste Ühingu ajakirja Biomedical Optics Express hiljutises numbris (10.1364/BOE.506915) ja artikli esimene autor on Yuting Xing, doktorant, keda juhendas teadlane Guoqing Changi.
Seda tööd toetasid Hiina Riiklik Loodusteaduste Fond (grandinumbrid 92250307, 62227822 ja 62175255) ja Hiina Teaduste Akadeemia tähtsate instrumentide arendusprogramm (grandi nr YJKYYQ20190034). Teadlased Guoqing Chang ja dr Yaobing Chen Wuhan Tongji haiglast olid vastavad autorid ning doktorandid Runshi Chen, Lihao Zhang, Yang Liu, Xinzai Diao ja teadur Shu Zhang Wuhan Tongji haiglast, prof Yishi Shi ja teadur Zhiyi Wei ülikoolist. Selle töö kavandamisse ja arutelusse kaasati ka Hiina Teaduste Akadeemia esindajad.
