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相干反斯托克斯拉曼顯微鏡是一款采用CARS光譜和拉曼顯微鏡結(jié)合的CARS顯微鏡,整套系統(tǒng)截成了掃描CARS顯微鏡,拉曼掃描共聚焦顯微鏡和傳統(tǒng)掃描共聚焦激光顯微鏡。
相干反斯托克斯拉曼顯微鏡具有5通道，可同時高速測量：
F-CARS
E-CARS和拉曼
反射激光輻射
透射激光輻射
冷光激光輻射

相干反斯托克斯拉曼CARS優(yōu)點
高靈敏度：相干反斯托克斯拉曼CARS比拉曼顯微鏡產(chǎn)生更為密集而直接的信號
反斯托克斯CARS信號頻率超過泵浦波長頻率，沒有斯托克斯發(fā)光問題
斯托克斯CARS僅僅在聚焦視野中激發(fā)強度大時出現(xiàn)，使用非共聚焦小孔還能具有高空間分辨率成像，還可以進(jìn)行3D 逐層掃描，且相鄰兩層的影響做到小。
斯托克斯CARS系列的光譜分辨率僅僅由泵浦激光的線寬決定，非常方便測量
斯托克斯CARS信號正比于分子濃度平方，可用于定量測量樣品中的化學(xué)物質(zhì)濃度
對于生命科學(xué)而言，CARS是一種非接觸式的安全的技術(shù)，可直接探測活細(xì)胞分子而不需要熒光標(biāo)記
CARS與拉曼對比
空間分辨率

寬光譜范圍:

高光譜分辨率

同時多功能分析
CARS信號高速成像
共聚焦拉曼成像
共聚焦熒光成像包括雙光子或多光子發(fā)射
反射激光的共聚焦成像
透射激光的高對比度成像
二倍頻激光可用于可視化表面形貌

圖2：3D CARS image of liquid crystal 8CB structure on resonant frequency 2236 cm^-1
可測量F-CARS, E-CARS或P-CARS
5個獨立通道可用于同時探測4個2D或3D圖像
F-CARS:CARS信號向前方向
E-CARS&Raman:CARS信號向后/拉曼信號
反射：反射激光信號
透射：透過激光信號
發(fā)光：透過激光信號
激發(fā)和探測的偏振控制
CARS型號激發(fā)
另外有633nm激光用于單光子熒光激發(fā)和自發(fā)拉曼散射
計算機控制，自動開關(guān)

圖3：Multimodal CARS/TPEF image of growing cancer cells HeLa: DNA/RNA/Proteins/Lipids colored
3個掃描模式
激光束在樣品表面XY掃描
樣品在XY在動位移載物臺上運動
XY掃描器和自動位移臺
相干反斯托克斯拉曼顯微鏡可在全波長范圍提供校準(zhǔn)精度高達(dá)+/-0.002nm，內(nèi)置了校準(zhǔn)燈泡提供參考線,可自動校準(zhǔn)單色儀和攝譜儀。
相干反斯托克斯拉曼顯微鏡軟件部分
在線控制系統(tǒng)參數(shù)
全自動模式：測量模式自動轉(zhuǎn)換，可選擇激發(fā)波長，選擇激發(fā)波長偏振，選擇光柵，選擇中心波長
共聚焦2D成像和3D成像：掃描，加速和數(shù)據(jù)存儲
CARS成像，拉曼成像和發(fā)光光譜
不同光譜校準(zhǔn)方法
2D/3D成像數(shù)據(jù)
圖像處理功能：圖像校正，公制統(tǒng)計，數(shù)字濾波，圖像大小改變和旋轉(zhuǎn)
光譜處理功能：背景濾除，數(shù)學(xué)操作包括增加，扣除，除，乘等
掃描模式：點掃描，XY掃描，XZ,YZ,XYZ掃描
掃描技術(shù)：
  掃描振鏡：2D高速成像
  掃描振鏡+Z軸壓電掃描：3D高速成像
 自動位移臺：2D成像
 自動位移臺+Z軸壓電掃描：3D成像
 掃描振鏡+自動位移臺：2D全景成像
 掃描振鏡+自動位移臺+壓電Z軸掃描器：3D全景成像
相干反斯托克斯拉曼顯微鏡應(yīng)用
納米生物學(xué)：高分辨率實時而非侵入式分析細(xì)胞和活細(xì)胞
微納米材料研究：半導(dǎo)體，液晶，制藥等微結(jié)構(gòu)和材質(zhì)研究

圖4：Selective imaging of MIA-PaCa pancreatic human cancer cell for resonance 2845 cm ^-1 C-H bound (C-H aliphatic stretch). Selective lipids visualization.

圖5：3D image of a cell
References:
Dr. A. V. Kachynski, The Institute for Lasers, Photonics,and Bio-photonics,
State University of New York at Buffalo