全世界人口中持續增長的惡性腫瘤及生活方式誘導的疾病迫切需求一種新的、無創的、無標記的成像模態用於(yu) 早期在體(ti) 疾病檢測。這些在體(ti) 檢測包括常規的疾病狀態無創檢測、手術過程中的術中成像等。目前，許多研究表明，聯合相幹反斯托克斯拉曼散射(coherent anti-Stokes Raman scattering,CARS)、二次諧波生成(second harmonic generation,SHG)、雙光子激發熒光(two-photon excited fluorescence,TPEF)的多模非線性顯微鏡，可以實現離體(ti) 生物樣本的分子組成和形態信息的高靈敏和高特異性無創無標記檢測(區分惡性組織和良性0組織)。
博覽：2021Light Sci Appl 多模非線性內(nei) 窺顯微成像探頭利用雙芯雙包層光纖和聚焦組合微光學概念
技術背景：
全世界人口中持續增長的惡性腫瘤及生活方式誘導的疾病迫切需求一種新的、無創的、無標記的成像模態用於(yu) 早期在體(ti) 疾病檢測。這些在體(ti) 檢測包括常規的疾病狀態無創檢測、手術過程中的術中成像等。目前，許多研究表明，聯合相幹反斯托克斯拉曼散射(coherent anti-Stokes Raman scattering,CARS)、二次諧波生成(second harmonic generation,SHG)、雙光子激發熒光(two-photon excited fluorescence,TPEF)的多模非線性顯微鏡，可以實現離體(ti) 生物樣本的分子組成和形態信息的高靈敏和高特異性無創無標記檢測(區分惡性組織和良性0組織)。
當前不足：
完成多模非線性顯微鏡有以下挑戰：
(1) 光纖耦合的高功率超快激光源(具有風冷、堅固、緊湊、便攜特性)；
(2) 在長距離上的使用光纖進行超短脈衝(chong) 激光傳(chuan) 輸和信號采集，要求具有低損耗；
(3) 置於(yu) 內(nei) 窺鏡頭端部成像用的超緊湊、快速、精確的掃描儀(yi) ；
(4) 高性能小型化高數值孔徑的內(nei) 窺顯微物鏡，在雙波段進行校正(因為(wei) 相幹拉曼成像使用兩(liang) 個(ge) 光譜不一樣的激光束)。
文章創新點：
基於(yu) 此，GRINTECH GambH的Ekaterina Pshenay-Severin(第一作者)和萊布尼茨光子技術研究所的Juergen Popp(通訊作者)等人提出了一種結合緊湊型的四波混頻光纖激光器的超緊湊光纖掃描內(nei) 窺鏡平台用於(yu) 多模(CARS/SHG/TPEF)非線性內(nei) 窺顯微鏡成像，並證明了在非線性成像国产成人在线观看免费网站(如圖像引導手術和在體(ti) 診斷)中的潛力。
研發的核心部件有:
(1) 便攜式光纖激光；
(2) 一種新型固體(ti) 光纖，在兩(liang) 個(ge) 分離的纖芯中引導激發激光，並在外部包層中收集信號；
(3) 共振光纖掃描儀(yi) ；
(4) 實現激光複合(recombination)和雙波段顏色校正的內(nei) 窺顯微物鏡。
內(nei) 窺鏡的直徑為(wei) 2.4mm，硬部長度(rigid length)為(wei) 39mm，實現亞(ya) 微米級空間分辨率，圖像采集速率為(wei) 1fps，高達65%的超高激光吞吐量。
原理解析：
(1) 係統描述。如圖1所示，光纖激光器(AFS,Germany)由透鏡L1(f=3mm)準直,由750nm長通濾光片F1從(cong) FWM中過濾出CARS波長，1050nm短通二向色鏡DC1調整激光功率，衍射光柵G和透鏡L3(f=4mm)將泵浦光和斯托克斯光耦合進兩(liang) 個(ge) 不同的纖芯。樣品信號由雙芯雙包層光纖(DCDC-fiber)傳(chuan) 導，經二向色鏡DC2偏折引入光電倍增管(PMT),帶通濾光片F2選擇需要的非線性信號(CARS/SHG/TPEF),透鏡L2將光信號聚焦在PMT上。
(2) 雙芯雙包層光纖。如圖2 ，纖芯1直徑4.8um,截止波長836nm；纖芯2直徑6.3um，截止波長970nm。分別用於(yu) 引導795nm泵浦光和1030nm斯托克斯光，內(nei) 包層摻氟，直徑60um。125um直徑純石英雙包層，被直徑為(wei) 230um的摻氟聚合物包裹。包層用於(yu) 信號采集。
(3) 內(nei) 窺鏡探頭。DCDC光纖由諧振壓電掃描引導(作螺旋模式掃描，1240Hz)，經直徑為(wei) 2mm的GRIN透鏡，衍射光柵將泵浦光和斯托克斯光組合進入下一步的光路，見圖3a。圖3b為(wei) 泵浦光和斯托克斯光的軸上和離軸場位置的點列圖。圖3d為(wei) DCDC光纖圖像中的光線追蹤點列圖，顯示了相關(guan) 信號波長 647nm(CARS@2850 cm−1)、515 nm(來自斯托克斯激光器的 SHG@1030 nm)和 550 nm 的前兩(liang) 個(ge) 衍射級(TPEF，光譜範圍 525.5–630.5 nm)。物鏡設計允許通過兩(liang) 個(ge) 直徑分別為(wei) 60um 和125µm的光纖包層(黃色和藍色圓圈)覆蓋所有三個(ge) 信號的兩(liang) 個(ge) 衍射級的光束。
實驗結果
參考文獻：Pshenay-Severin, E., Bae, H., Reichwald, K. et al. Multimodal nonlinear endomicroscopic imaging probe using a double-core double-clad fiber and focus-combining micro-optical concept. Light Sci Appl 10, 207 (2021).
DOI：https://doi.org/10.1038/s41377-021-00648-w
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