Као техника снимања без маркера, мултимодално нелинеарно оптичко снимање (НЛОИ) постало је моћно средство за процену рака. Да би се избегли артефакти покрета и оптичка оштећења повезана са мултимодалним НЛОИ, једно решење је да се користи један ултрабрзи ласер као извор побуде у комбинацији са више канала за детекцију за прикупљање сигнала из различитих модалитета за посматрање различитих биомолекула. Међутим, у овом случају, сваки режим се не може оптимизовати независно и потребан је одговарајући извор побуде за побуђивање свих НЛОИ режима. Спонтана флуоресцентна мултиплексирана (СЛАМ) микроскопија без ознака, са таласном дужином ексцитације постављеном на 1110 нм, омогућава истовремено прикупљање сигнала из четири мода под једним условом ексцитације кроз различите канале за детекцију сигнала, добијајући двофотонску флуоресценцију (2ПАФ) за ФАД , трофотонска флуоресценција (3ПАФ) за НАДХ, фреквенција од две октаве (СХГ) за колагене структуре и фреквенција од три октаве (ТХГ) за мутацију индекса преламања. фреквенцијски (ТХГ) сигнали при мутацијама индекса преламања. Тренутно, већина извора светлости који се користе за покретање СЛАМ микроскопа треба да споје ултракратке импулсе у фотонска кристална влакна или кристале да би се постигла конверзија таласне дужине, што укључује високу цену, велики отисак, компликован рад и немогућност дуготрајног стабилног рада.
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 >90нЈ, ширина импулса од 34фс, и вршна снага од скоро 3МВ, извор светлости је компактан и стабилан док постиже одличан квалитет импулса за покретање СЛАМ микроскопа за медицинско снимање.
Слика 1 приказује шематски дијаграм ласерског система допираног итербијумом са двоструким управљањем пред-цирпом и добити. Састоји се од изворног извора, модула за пре-амплификацију, модула за пре-чирп, модула појачања са управљањем појачањем (ГМА) и модула за компресију. Извор семена обезбеђује почетни импулс са централном таласном дужином од 1040 нм, енергијом импулса од 0,2 нЈ и фреквенцијом понављања од 43 МХз. Импулс семена је претходно појачан 40 цм дугим Иб-допираним влакном, а пар решетки је постављен испред ГМА модула да би се увела дисперзија, а негативни или позитивни пред-цирп се додаје на претходно појачани излаз пулс подешавањем размака решетки. Даљи претходно чиповани импулси су појачани у 3,1 м дугом Иб-допираном влакну за управљање појачањем. Други појачани импулс је компримован кроз други пар трансмисионих решетки. Утицај ових параметара на квалитет компресије импулса истражен је финим подешавањем улазне енергије и пред-цирпа, а експериментални резултати су приказани на Сл. 2 и 3, који показују да се импулси високог квалитета компресије могу произвести у опсегу снаге пумпе, улазне енергије и одговарајућег негативног чирка. Када је снага пумпе 9 В, улазна енергија импулса је 0,6 нЈ, а пред-цирп је -36000 фс2, импулс са централном таласном дужином од 1110 нм, ширином импулса од 34 фс, енергијом од 92,2 нЈ, а добија се вршна снага од близу 3 МВ, што је веома погодно за покретање СЛАМ микроскопа за медицинско снимање.
Слика Слика 2. Утицај различитих енергија улазних импулса на компресију ГМА импулса при снази пумпе од 9 В и пред-чирпу од -36000 фс2. (а) Ширина импулса компресије и Стрехл однос при различитим улазним енергијама. (б) Излазни спектри при различитим улазним енергијама. (ц) Црвена крива: измерена аутокорелација путање компримованог импулса, црна крива: аутокорелација путање трансформисаног граничног импулса добијеног спектралним прорачуном
Слика 3. Утицај различитих пред-цирпова на компресију ГМА импулса за улазну енергију импулса од 0.6 нЈ и снагу пумпе од 9 В. Резултати су сумирани на следећи начин (а) Ширина компримованог импулса и Стрехл однос за различите пре-цвркутање. (б) Излазни спектри на различитим пре-цирповима. (ц) Црвена крива: измерена путања аутокорелације компримованог импулса, црна крива: аутокорелација путање трансформисаног граничног импулса добијеног спектралним прорачуном.
Тим је применио овај ултрабрзи извор светлости за проучавање патологије тумора у различитим ткивима, укључујући цревни аденокарцином, аденокарцином плућа и ткива јетре, да би истовремено снимио ћелијске и екстрацелуларне компоненте СЛАМ техником. СЛАМ слика ткива аденокарцинома црева је приказана на слици 4, где зелена означава СХГ, магента означава ТХГ, жута означава 2ПЕФ, а плава означава 3ПЕФ. СЛАМ слика може да пружи много богатије детаље о ћелијама и ткиву од конвенционалних слика обојених Х&Е, које могу помажу да се разумеју промене биокомпоненти у туморима и нормалним ткивима и да се траже биомаркери за дијагнозу и прогнозу рака.
Слика Слика 4. (а) СХГ/ТХГ/2ПЕФ/3ПЕФ снимање ткива аденокарцинома црева. Различити региони од интереса су увећани у (ц) - (е) (бели испрекидани квадрати). (б) Одговарајуће слике Х&Е бојења. (ц) 2ПЕФ/3ПЕФ снимање нормалног ткива цревне слузокоже. (д) СХГ/ТХГ снимање нормалног ткива цревне слузокоже. (е) СХГ снимање интерстицијалних влакана и масних вакуола, црвена стрелица: цревна жлезда, плава стрелица: базална мембрана, зелена стрелица: слуз коју луче ћелије чашице, бела стрелица: макрофаг, жута стрелица: интерстицијска влакна, љубичаста стрелица: масне вакуоле. Скала трака: 200 μм
Све у свему, истраживачки тим је постигао висококвалитетно ултрабрзо генерисање импулса кроз развој ласера са влакнима допираног Иб са двоструким управљањем, који је успешно примењен на СЛАМ снимање, технику која може да обезбеди богатије ћелијске и ткивне детаље који може помоћи у онкопатолошким студијама и дијагнози рака. Поред тога, ултрабрзи извор светлости је компактан и робустан, што га чини идеалним за употребу у клиничком окружењу за брзу и свеобухватну процену различитих физиолошких и патолошких процеса. Очекује се да ће иновативни резултати ове студије унапредити поље медицинске дијагностике и терапије пружањем прецизнијих и свеобухватнијих информација за дијагнозу рака, процену ефикасности и индивидуализовани третман. Како технологија наставља да напредује и оптимизује се, очекује се да ће СЛАМ сликање играти важнију улогу у клиничкој пракси у будућности. Уређај и основни уређај повезан са овим напретком примењени су за националне патенте за проналаске.
Резултати су објављени у недавном броју часописа Биомедицал Оптицс Екпресс, часописа Оптичког друштва Америке (10.1364/БОЕ.506915), а први аутор рада је Иутинг Ксинг, докторант под надзором истраживача Гуокинг Цханга.
Овај рад је подржан од стране Националне фондације за природне науке Кине (бр. грантова 92250307, 62227822 и 62175255) и Програма развоја важних инструмената Кинеске академије наука (грант бр. ИЈКИИК20190034). Истраживач Гуокинг Цханг и др Иаобинг Цхен из болнице Вухан Тонгји били су одговарајући аутори, а докторанди Рунсхи Цхен, Лихао Зханг, Ианг Лиу, Ксинзаи Диао и истраживач Сху Зханг из болнице Вухан Тонгји, проф. Иисхи Схи и истраживач Зхиии Веи са Универзитета Кинеске академије наука такође су били укључени у дизајн и дискусију о овом раду.
