2색 자극 라만 산란(SRS) 현미경 단순화

개요

워싱턴 대학교에서 조기 암 진단 및 신경퇴행성 질환 진행 이해와 같은 응용 분야를 위한 화학 영상 도구를 연구하는 연구진은 이색 자극 라만 산란(SRS) 현미경을 사용합니다. 실험 장비에는 일반적으로 실시간 이색 SRS 영상 또는 두 개의 넓은 간격을 가진 라만 전이를 동시에 영상화하기 위한 여러 대의 복잡한 고성능 장비가 포함됩니다. Moku:Pro Lock-In Amplifier와 다중 장비 모드를 사용하여 이제 다양한 실험을 수행하고 하나의 소형 다채널 장치로 저강도 SRS 신호를 추출할 수 있습니다.

난제

SRS는 스펙트럼 및 공간 정보를 모두 사용하여 화학적 이미징을 허용하는 일관된 라만 산란 프로세스입니다. 일반적인 설정에서는 두 개의 동기화된 펄스 레이저, 즉 펌프와 스톡스(그림 1)를 사용하여 분자의 진동을 일관되게 자극합니다. 잡음이 많은 배경에서 매우 작은 SRS 신호를 추출하려면 고주파 변조 및 위상 감지 감지 방식이 필요합니다.

실시간 2색 SRS 이미징 실험을 수행하려면 연구자들은 직교 변조를 적용하고 동위상 및 직교 위상 신호 성분을 모두 검출해야 합니다. 워싱턴 대학교 화학과 조교수인 댄 푸 박사는 "대부분의 SRS 현미경 실험에서 레이저의 전체 대역폭 제한으로 인해 스펙트럼 범위는 약 300cm⁻¹로 제한됩니다."라고 말했습니다. "이러한 문제를 해결하는 한 가지 방법은 가변 파장 레이저를 사용하여 파장을 스캔하는 것이지만, 이는 속도가 느리고 살아있는 세포 이미징과 같이 시간에 민감한 실험에는 종종 불충분합니다." 이러한 한계를 극복하기 위해 워싱턴 대학교 연구진은 세 번째 레이저 빔을 사용하여 넓게 떨어져 있는 두 개의 스펙트럼 영역, 예를 들어 지문 영역(예: 아미드 진동의 경우 약 1600cm⁻¹)과 CH 영역(예: 단백질의 경우 약 2900cm⁻¹)을 동시에 이미징할 수 있도록 합니다. 그러나 이로 인해 실험 장비의 크기와 복잡성이 증가합니다.

그림 2: Moku:Pro 다중 장비 모드 설정으로 넓게 간격을 둔 라만 전환에서 촬영한 HeLa 세포 SRS 이미지.

해법

고품질 잠금 증폭기는 변조 전달 감지 방식을 사용하는 SRS 현미경 실험에서 중요한 하드웨어 구성 요소입니다. Moku:Pro의 락인 증폭기는 SRS 현미경 실험에서 자가 헤테로다인 신호 감지를 위한 직관적이고 정확하며 강력한 솔루션을 제공합니다. 사용자 인터페이스를 통해 저강도 ​​SRS 신호 추출을 위한 직관적이고 강력한 제어가 가능합니다.

그림 3: 일반적인 단일 채널 구성 설정을 사용한 Moku:Pro 락인 증폭기.

Moku:Pro 록인 증폭기는 실험에 최적화된 위상 편이, 저역 통과 필터 및 게인 설정으로 구성됩니다. 내장된 프로브 포인트는 설정 조정 시 실시간 모니터링에 사용됩니다. X축과 Y축 출력 모두 듀얼 채널 이미징에 사용할 수 있습니다. 레이저가 세 개인 경우, Moku:Pro 다중 기기 모드는 두 개의 록인 증폭기로 구성하여 시스템을 하나의 장치로 간소화하면서도 성능 저하 없이 사용할 수 있습니다. 이를 통해 연구원들은 하나의 Moku:Pro를 사용하여 두 개의 포토다이오드 검출기 신호를 처리함으로써 큰 ​​파수 차이를 갖는 두 개의 SRS 이미지를 동시에 촬영할 수 있습니다.

그림 4: 다중 채널 잠금 증폭기 구성을 갖춘 Moku:Pro의 다중 악기 모드.

그림 4에서는 동시 SRS 현미경 실험을 위한 두 개의 잠금 증폭기를 갖춘 다중 계측기 모드 구성을 보여줍니다.슬롯 1의 잠금 증폭기의 경우 입력 In 1은 첫 번째 포토다이오드의 감지 신호이고, In 2는 기준 신호이고, Out 1은 외부 데이터 수집 카드로 전송된 신호이며, Out 3은 삭제됩니다.슬롯 2의 잠금 증폭기의 경우, In 3은 두 번째 포토다이오드의 감지 신호이고, In 2는 다시 기준 신호이고, Out 2는 외부 데이터 수집 카드로 전송된 신호이며, Out 4는 삭제됩니다.각 감지된 신호(Out 1 및 Out 2)는 데이터 수집 카드로 전송되기 전에 개별 위상 편이를 조정하여 최대화됩니다.이 예에서 슬롯 3과 4는 오실로스코프로 구성되었지만 다른 Moku:Pro 장비로 교체할 수 있습니다. 

그림 5: XNUMX개의 입력 채널과 XNUMX개의 출력 채널을 사용하는 XNUMX개의 잠금 증폭기로 구성된 다중 악기 모드의 Moku:Pro.

결과

Moku:Pro의 Lock-In Amplifier는 다양한 SRS 현미경 실험에 탁월한 솔루션을 제공합니다. 푸 박사는 "사용자 인터페이스를 통해 저강도 ​​SRS 신호를 추출하는 직관적이고 강력한 제어가 가능하며, Moku:Pro의 다중 장비 모드는 소형 시스템에서 복잡한 이미징 실험을 수행할 수 있도록 지원합니다."라고 말했습니다. 워싱턴 대학교 연구진은 일반적인 단일 채널 SRS 이미징부터 이중 채널 이미징, 심지어 다중 장비 이미징까지, 실험 환경을 타협 없이 간소화할 수 있었습니다.

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