本文選題：非線性光學(xué)顯微成像技術(shù)　切入點(diǎn)：雙光子激發(fā)熒光　出處：《華中科技大學(xué)》2012年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：基于雙光子吸收和二次諧波效應(yīng)的非線性光學(xué)顯微成像技術(shù),具有高分辨率,較深的成像深度,三維層析成像能力和低光損傷等優(yōu)勢,為生物學(xué)領(lǐng)域的研究提供了有力的工具。但是,常規(guī)非線性光學(xué)顯微鏡較小的成像視場,較低的成像速率以及體積龐大、笨重的成像器件制約了其更為廣泛的應(yīng)用。本文即圍繞上述問題展開研究。 搭建大面積非線性光學(xué)顯微成像系統(tǒng),并對該系統(tǒng)的具體應(yīng)用做了深入的研究。利用搭建的大面積成像系統(tǒng),對不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)尾靜脈注射B16細(xì)胞的C57BL/6小鼠離體肺組織,進(jìn)行了無標(biāo)記的自發(fā)熒光和二次諧波成像。圖像的形態(tài)學(xué)分析和量化分析表明,大面積非線性光學(xué)顯微成像系統(tǒng)可以成功監(jiān)測小鼠肺部黑色素瘤轉(zhuǎn)移灶的產(chǎn)生和發(fā)展。另外,利用搭建的大面積成像系統(tǒng),成功實(shí)現(xiàn)了完整的小腦和腦干切片的二次諧波成像。研究證明,二次諧波圖像不僅可以提供不同腦區(qū)高分辨率的形態(tài)結(jié)構(gòu)信息,而且可以對小腦不同腦區(qū)的神經(jīng)元密度進(jìn)行量化。 搭建視頻速率多通道探測非線性光學(xué)顯微成像系統(tǒng)。本文解決了多邊形轉(zhuǎn)鏡的掃描控制,線同步脈沖整形以及電壓信號衰減等硬件相關(guān)難題,設(shè)計(jì)了基于LabVIEW平臺的多通道數(shù)據(jù)采集和存儲的程序框架,并測試了系統(tǒng)的性能參數(shù)。視頻速率成像系統(tǒng)的橫向和軸向分辨率分別為O.42μm和1.6μm(XLPLN25×WMP/1.05 NA, Olympus),單個(gè)視場掃描成像速率30幀/秒,大面積掃描成像速率10幀/秒,軸向掃描成像速率6幀/秒。另外,利用搭建的成像系統(tǒng)對多色標(biāo)記的細(xì)胞進(jìn)行了多通道成像,并實(shí)現(xiàn)了小鼠皮窗中樹突細(xì)胞的動態(tài)監(jiān)測。研究結(jié)果表明,視頻速率非線性光學(xué)顯微成像系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)快速多探測通道成像,為活體內(nèi)細(xì)胞與細(xì)胞相互作用的監(jiān)測提供了全新的研究工具。 為了更好的滿足活體成像的需求,對適用于非線性光學(xué)顯微成像系統(tǒng)的光纖耦合器進(jìn)行研究。結(jié)合光纖化非線性光學(xué)顯微成像的特點(diǎn),提出了理想的光纖耦合器應(yīng)具有的特性：無畸變傳輸飛秒脈沖激光,較高的熒光收集效率,激發(fā)光和熒光通過耦合器時(shí)的耦合特性相反便于將激發(fā)光和熒光分離。鑒于大模場無截止單模傳輸光子晶體光纖(LMA-ESM-PCF)具有較大的模場,無截止單模傳輸和低非線性效應(yīng)的特點(diǎn),使用有效折射率方法和弱耦合理論分析LMA-ESM-PCF耦合器激發(fā)光和400nm-650nm波段熒光的耦合特性。另外,詳細(xì)討論了磨削工藝制作的LMA-ESM-PCF耦合器耦合效率的可調(diào)諧特性。研究分析發(fā)現(xiàn),合理的控制西根光纖纖芯片之間的距離和兩根光纖之間的水平夾角,可以制作出適用于光纖化非線性光學(xué)顯微成像系統(tǒng)的LMA-ESM-PCF耦合器。
[Abstract]:Nonlinear optical microscopic imaging technology based on two-photon absorption and second-harmonic effect has the advantages of high resolution, deep imaging depth, three-dimensional tomography ability and low light damage. But the conventional nonlinear optical microscope has smaller imaging field, lower imaging rate and larger volume. The clunky imaging device restricts its wider application. A large area nonlinear optical microscopic imaging system was set up and its specific application was studied. The lung tissue of C57BL / 6 mice injected with B16 cells at different time points was injected into the tail vein of C57BL / 6 mice at different time points by using the large area imaging system. Unlabeled autofluorescence and second harmonic imaging were performed. Morphological and quantitative analysis of the image showed that the large area nonlinear optical microscopic imaging system could successfully monitor the generation and development of metastatic foci of mouse lung melanoma. The second harmonic imaging of the whole cerebellum and brain stem slices has been successfully realized by using a large area imaging system. It is proved that the second harmonic imaging can not only provide high resolution morphological and structural information in different brain regions, Furthermore, the density of neurons in different brain regions of the cerebellum can be quantified. A video rate multi-channel detection nonlinear optical microscopic imaging system is built. In this paper, the hardware problems such as scanning control of polygon mirror, linear synchronous pulse shaping and voltage signal attenuation are solved. The program framework of multi-channel data acquisition and storage based on LabVIEW platform is designed, and the performance parameters of the system are tested. The horizontal and axial resolutions of video rate imaging system are 0. 42 渭 m and 1. 6 渭 m XLPLN25 脳 WMP/1.05 NA, Olympus, and a single field of view scan imaging rate of 30 frames per second. A large area scanning imaging rate of 10 frames per second and an axial scanning rate of 6 frames per second. In addition, the multichannel imaging of multicolor labeled cells was performed using the built imaging system. The dynamic monitoring of dendritic cells in mouse skin window is realized. The results show that the video rate nonlinear optical microscopic imaging system can realize fast multi-channel imaging. It provides a new research tool for the monitoring of cell-cell interaction in vivo. In order to better meet the need of in-vivo imaging, the optical fiber coupler suitable for nonlinear optical microscopic imaging system is studied. The characteristics of the ideal fiber coupler are put forward: the femtosecond pulse laser is transmitted without distortion, and the fluorescence collection efficiency is higher than that of the optical fiber coupler. The coupling characteristics of excitation light and fluorescence passing through coupler facilitate the separation of excitation light and fluorescence. Considering that large mode field photonic crystal fiber (LMA-ESM-PCF) has the characteristics of large mode field, no cut-off single mode transmission and low nonlinear effect. The effective refractive index method and weak coupling theory are used to analyze the coupling characteristics of excitation light and 400nm-650nm fluorescence in LMA-ESM-PCF coupler. In addition, the tunable characteristics of coupling efficiency of LMA-ESM-PCF coupler fabricated by grinding process are discussed in detail. The LMA-ESM-PCF coupler suitable for optical nonlinear optical microscopic imaging system can be made by reasonably controlling the distance between the optical fiber chips and the horizontal angle between the two optical fibers.
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：R318.51

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本文編號：1631641