Multifotonmikroskopi avbildningsteknologi: polarisering-løste andre-harmoniske generasjonsmikroskopi og bildebehandling
I ikke-lineære optiske mikroskoper brukes ofte andre harmonisk generasjon (SHG) avbildning for å observere endogene fibrøse strukturer, og intensiteten til SHG avhenger i stor grad av den relative vinkelen mellom polarisasjonsretningen til den innfallende strålen og orienteringsaksen til målmolekylet. Derfor kan polarisasjonsbasert SHG-avbildning (P-SHG) oppnå strukturell informasjon om målmolekyler ved å analysere det funksjonelle forholdet mellom SHG-signalintensiteten og polarisasjonstilstanden til den innfallende strålen. Det brukes nå som et viktig verktøy for medisinsk og biologisk analyse.
Enkle SHG-bilder kan oppnås gjennom tradisjonell to-fotoneksitasjonsfluorescensmikroskopi (TPM). De fleste TPM-systemer bruker fortsatt en enkeltstråle-skannemetode basert på et bevegelig speil, hvis tidsoppløsning avhenger av speilets fysiske bevegelseshastighet. For å oppnå raskere bildebehandling kan TPM-systemet også ta i bruk en multistråle-skannemetode (Figur 1A), hvorav en er å bruke en roterende diskskanneenhet. Denne enheten består av en koaksial mikrolinseplate og en pinhole platespiller, med mikrolinsene og pinholes på hver platespiller tilsvarende en-til-en.
Når laseren passerer gjennom mikrolinseplaten, dekker bølgefronten flere mikrolinser. Ulike mikrolinser fokuserer forskjellige deler av bølgefronten til forskjellige posisjoner og passerer gjennom tilsvarende nålehull og danner flere mikrostråler. Disse mikrostrålene som treffer prøven kan eksitere flere signaler samtidig. Disse signalene går tilbake langs mikroskopsystemet og passerer gjennom nålehullet igjen, og blir til slutt reflektert av det dikroiske speilet mellom de to platespillerne inn i deteksjonsapparatet. Imidlertid har den ofte brukte modusen-låst titansafirlaseren som lyskilde utilstrekkelig energi, noe som begrenser antall eksitasjonsstråler og resulterer i et lite effektivt synsfelt (FOV) for TPM (TPM-SD) ved bruk av en roterende skanneenhet.
Ai Goto et al. sikte på å oppnå høy-hastighets P-SHG-avbildning med et stort synsfelt (FOV) ved å bruke TPM-SD-systemet. Derfor ble en Yb-basert laserkilde med høyere toppeffekt introdusert i TPM-SD-systemet.
Dette er et skjematisk diagram av TPM-SD-systemet de utviklet. Lyskilden til systemet er en Yb-basert laser, som genererer femtosekundpulser med en senterbølgelengde på 1042 nm, en gjennomsnittlig effekt på 4 W, en pulsbredde på 300 fs og en repetisjonshastighet på 10 MHz. Systemet justerer først lasereffekten gjennom en halvbølgeplate og en Glan laserpolarisator, og utvider deretter strålen gjennom en stråleutvider. Den utvidede strålen introduseres i dreieskivens skanneenhet, og flere mikrostråler som kommer ut av skanneenheten fokuseres på flere punkter på prøven gjennom en vannnedsenkningsobjektiv. For å justere polarisasjonstilstanden til lysstrålen ved objektivlinsen, plasseres en halvbølgeplate og en kvartbølgeplate på den optiske banen til eksitasjonsstrålen.
