Twee-fotonmicroscopie (2PM) speelt een betrouwbaar efficiënte rol bij niet-invasieve beeldvorming van diep weefsel in biomedisch onderzoek. Sinds de uitvinding van de twee-fotonenmicroscoop aan het einde van de 20e eeuw, is er een gestage stroom van gerelateerd onderzoek geweest dat 14.00 uur vorderde - van fluoroforen tot beeldvormingsmethoden en -toepassingen - op het gebied van biochemie en geneeskunde.

Het is een grote uitdaging geweest om diepere weefsels in beeld te brengen bij beeldvorming met twee fotonen. Laserbronnen kunnen die uitdaging mogelijk aangaan. De traditionele Ti:saffier-modus-vergrendelde laser voor beeldvorming met twee fotonen wordt echter beperkt door zijn hoge herhalingsfrequentie en kan niet de hoge pulsenergie leveren die nodig is voor diepe weefselbeeldvorming bij een laag belichtingsvermogen. De fiberlaser overwint de hoge herhalingssnelheid gemakkelijk door enkele tientallen meters vezels in de holte toe te voegen, maar in sommige gevallen heeft hij last van lage versterkingen en een lage signaal-ruisverhouding (SNR).

Onlangs, zoals gerapporteerd in Advanced Photonics Nexus , ontwikkelden onderzoekers van Kenneth Wong's Omega Group aan de Universiteit van Hong Kong (HKU) een krachtige laser als een nieuw soort lichtbron voor multifotonmicroscopie. Ze rapporteerden een 937-nm laser, frequentie verdubbeld ten opzichte van een all-fiber mode-locked laser op 1,8 m, met een lage herhalingssnelheid van ~ 9 MHz en een hoge SNR van 74 dB.

De nieuwe 937-nm laserbron vertrouwt op zelffasemodulatie in de single-mode vezel om tegelijkertijd het vermogen van 1,8 m te vergroten en de pulsbreedte te comprimeren. Het 937-nm laserontwerp is geschikt voor zeer gevoelige diepe weefselbeeldvorming van meerdere fluorescentie-eiwitten. De laserlichtbron zorgt voor excitaties van twee fotonen op meerdere biologische weefseltypes. De penetratiediepte die werd aangetoond met een muizenhersenen bereikte 620 m, wat het vermogen van deze techniek voor diepe weefselbeeldvorming onthult. De onderzoekers voerden ook tweede-harmonische generatie (SHG) beeldvorming uit, waarbij labelvrije beeldvorming werd aangetoond en aanvankelijk het potentieel van deze lichtbron voor multimodale beeldvormingstoepassingen werd gevalideerd.

Thanks to its low repetition frequency and high signal-to-noise ratio, the light source requires only 10 mW of power to image tissue at depths of over 600 µm, significantly lower than the 40-MHz fiber laser, which requires approximately 200-mW power at a similar depth. This greatly reduces photobleaching and photodamage in imaging, improving the depth of tissue imaging and safety in live (in vivo) imaging.

This work will facilitate greater insights into deep tissue imaging for research and biomedical applications. Postdoctoral fellow at HKU and corresponding author Tian Qiao remarks that "this novel high-SNR 937-nm laser source achieves a good balance between sensitivity, penetration depth, and imaging speed for two-photon imaging. Its great performance in two-photon imaging indicates its exciting potential for biological investigations, such as in vivo deep-tissue imaging and multimode imaging." + Verder verkennen

High-power hybrid laser emitter penetrates deeper into skin to enhance disease diagnosis