(3.237.178.91) 您好!臺灣時間:2021/03/04 09:16
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果

詳目顯示:::

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:許榮隆
研究生(外文):Jung-Lung Hsu
論文名稱:利用受激放射顯微技術進行快速掃描成像
論文名稱(外文):Fast Scanning Imaging through Stimulated Emission Microscopy
指導教授:高甫仁
指導教授(外文):Fu-Jen Kao
學位類別:碩士
校院名稱:國立陽明大學
系所名稱:生醫光電研究所
學門:工程學門
學類:生醫工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2019
畢業學年度:107
語文別:中文
論文頁數:36
中文關鍵詞:激發-探測顯微技術受激放射次諧頻調變鎖相偵測
外文關鍵詞:pump-probe microscopystimulated emissionsub-harmonic modulationlock-in detection
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:23
  • 評分評分:系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
激發-探測(受激放射)顯微技術是基於產生非線性光學對比,廣泛使用於成像模式,過光學切片實現分子特異性、高度空間解析率與增強穿透深度。本實驗室在受激放射螢光顯微技術研究中,我們已經達成了長工作距離並有效量測螢光訊號與螢光生命週期成像。在近期的研究中,次諧頻調變技術已經彰顯出在激發-探測顯微鏡中的重要作用,其相應大大的增加了訊雜比與圖像採集速度。實驗中的關鍵是以探測光源重複頻率的一半去觸發激發光源,並以其頻率進行鎖相偵測。利用此方法,對激發光源頻率進行外部調變,因此不存在相位不匹配的問題。結合所使用的極高頻率(38 MHz),檢測靈敏度可以達到散粒雜訊極限。
本研究中藉由上述系統,在高掃描速度(~10 KHz)下成功觀察到螢光標記的生物樣品,且對應於像素停留時間為 ~ 0.1 ms。除此之外,激發-探測顯微技術還包含時間延遲或螢光生命週期量測,以及在環境光條件下的操作。
Pump-probe (stimulated emission) microscopy is based on a nonlinear optical contrast that forms a powerful and versatile imaging modality, achieving molecular specificity, high spatial resolution, and enhanced penetration depth with optical sectioning. In the past years, we have realized long working distance detection of fluorescence and fluorescence lifetime imaging accordingly. Recently, the technique of sub-harmonic modulation has shown to be a powerful one in pump-probe microscopy that greatly increases the signal-to-noise ratio and the speed of image acquisition accordingly. The key idea is to trigger the pump laser at half of the probe laser’s repetition frequency and conduct lock-in detection at the same frequency. In this way, there is no phase mismatch due to an additional external modulation frequency. Together with the very high frequency (38MHz) used, the detection sensitivity can achieve shot noise limit.
In this work, we have successfully observed the fluorescence labeled biological samples using the above setup under high scanning rate (~10 KHz), which correspond to pixel dwell time ~ 0.1 ms. Additional advantages of pump-probe configuration include the time delay or lifetime measurement and operation under ambient light condition.
目錄
中文摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
圖目錄 v
第一章 前言 1
第二章 理論基礎與工作原理 5
2.1 螢光(Fluorescence) 5
2.2 受激放射(Stimulated Emission) 6
2.3 激發-探測技術(Pump-probe Technique) 8
2.4 時間相關單光子計數(Time Correlated Single Photon Counting, TCSPC) 9
2.5 次諧頻調變(Subharmonic Modulation) 10
2.6 鎖相偵測(Lock-in Detection) 12
第三章 實驗架設與實驗操作 15
3.1 實驗架設(Experimental Setup) 15
3.2 雷射光源系統(Laser Source) 16
3.3 光源調變系統(Optical Modulator) 17
3-3-1脈衝延遲系統(Pulsed Delay System) 17
3-3-2分頻器(Frequency Divider) 18
3.4 顯微鏡系統(Microcopy System) 18
3-4-1共軛焦雷射掃描系統(Confocal Laser Scanning System) 18
3-4-2顯微鏡系統(Microcopy System) 19
3.5 實驗步驟(Experiment Process) 20
3-5-1 雷射操作(Laser Operation) 20
3-5-2 雷射的空間重合與時間重合(Spatial and Temporal Synchronized of Laser) 21
3-5-3 分頻器調變半導體雷射之重複頻率(Amplitude Modulation by Frequency Divider) 22
3-5-4 訊號擷取及影像重建(Signal Acquisition and Image Construction) 23
第四章 實驗結果與討論 24
4-1訊雜比分析與理論計算(SNR Analysis and Theoretical Estimation) 24
4-2次諧頻受激增益螢光影像(Stimulated Gain Image in Subharmonic Modulation) 28
4-3受激增益訊號在不同Z軸位置(Stimulated Gain Signal in Different Z-axis) 30
4-4螢光生命週期與時間解析影像(Fluorescence Lifetime and Time-resolved Image) 31
第五章 結論與未來工作 33
第六章 文獻參考 35


圖目錄
圖 1 (a) 線性光學 (b) 非線性光學[9] 2
圖 2 顯微鏡常用光學過程 3
圖 3 Jablonski Energy Diagram 5
圖 4 (a) 價電子吸收 (b) 自發放射 (c) 受激放射 6
圖 5 自發放射與受激放射訊號偵測差異 7
圖 6 激發-探測技術之脈衝重疊與訊號重建 8
圖 7 時間相關單光子計數系統(TCSPC System) 9
圖 8 (a)傳統調變 (b)次諧頻調變 10
圖 9 不同次諧頻調變條件 11
圖 10 鎖相放大器內訊號與參考訊號關係 12
圖 11 鎖相放大器簡易操作流程圖 13
圖 12 實驗架設圖 15
圖 13 激發光源與探測光源以及ATTO-647N染劑吸收與放射光譜 16
圖 14 電子式延遲系統 17
圖 15 客製化分頻器 18
圖 16 顯微鏡掃描器(FV300 Olympus; Japan) 19
圖 17 顯微鏡系統與光源激發訊號收取示意圖 20
圖 18 兩雷射光源的空間同步示意圖 21
圖 19 兩雷射光源的相對延遲時間 21
圖 20 示波器顯示分頻器之調整頻率 (A)Fast Gate之輸入調變訊號38MHz ;(B)鎖相放大器之參考訊號38MHz; (C)雷射重複頻率76MHz; (D)各類訊號比較 22
圖 21 雜訊頻譜分布 25
圖 22 不同頻率下之訊雜比變化圖 27
圖 23 (a)正弦波於頻域中訊號 (b)方波於頻域中訊號 28
圖 24 (A) 次諧頻調變受激螢光影像;(B) 共軛焦顯微鏡螢光影像 29
圖 25 受激放射訊號在Z軸之變化 30
圖 26 螢光生命週期 31
圖 27 兩雷射脈衝間時間差 (A) 0 ns;(B) 1 ns;(C) 2 ns;(D) 3 ns 32
圖 28 激發-探測顯微技術用於光子計數 34
1. Murphy, D.B., Fundamentals of light microscopy and electronic imaging. A John Wiley & Sons. Inc., Publication, 2002.
2. Min, W., et al., Coherent nonlinear optical imaging: beyond fluorescence microscopy. Annu Rev Phys Chem, 2011. 62: p. 507-30.
3. Göppert‐Mayer, M., Über elementarakte mit zwei quantensprüngen. Annalen der Physik, 1931. 401(3): p. 273-294.
4. Denk, W., J.H. Strickler, and W.W. Webb, Two-photon laser scanning fluorescence microscopy. Science, 1990. 248(4951): p. 73-76.
5. So, P.T., et al., Two-photon excitation fluorescence microscopy. Annual review of biomedical engineering, 2000. 2(1): p. 399-429.
6. Berezin, M.Y., et al., Two-photon optical properties of near-infrared dyes at 1.55 μm excitation. The Journal of Physical Chemistry B, 2011. 115(39): p. 11530-11535.
7. Oheim, M., et al., Two-photon microscopy in brain tissue: parameters influencing the imaging depth. Journal of neuroscience methods, 2001. 111(1): p. 29-37.
8. Diaspro, A.J.C., A. Two-Photon Microscopy: Foundations, and b.A.D. Advances, pp. 576. ISBN 0-471-40920-0. Wiley-VCH, November . Confocal and two-photon microscopy: foundations, applications and advances. Biomolecular Engineering 2001: p. 576.
9. Steve Ruzin, H.A. 1P vs 2P fluorescence imaging. Available from: http://microscopy.berkeley.edu/courses/TLM/2P/index.html.
10. Brown, E., et al., Dynamic imaging of collagen and its modulation in tumors in vivo using second-harmonic generation. Nature medicine, 2003. 9(6): p. 796.
11. Han, M., G. Giese, and J.F. Bille, Second harmonic generation imaging of collagen fibrils in cornea and sclera. Optics express, 2005. 13(15): p. 5791-5797.
12. Chen, X., et al., Second harmonic generation microscopy for quantitative analysis of collagen fibrillar structure. Nature protocols, 2012. 7(4): p. 654.
13. Barad, Y., et al., Nonlinear scanning laser microscopy by third harmonic generation. Applied Physics Letters 1997. 70(8): p. 922-924.
14. Fischer, M.C., et al., Invited review article: pump-probe microscopy. Review of Scientific Instruments, 2016. 87(3): p. 031101.
15. Chong, S., W. Min, and X.S. Xie, Ground-state depletion microscopy: detection sensitivity of single-molecule optical absorption at room temperature. The Journal of Physical Chemistry Letters, 2010. 1(23): p. 3316-3322.
16. Freudiger, C.W., et al., Label-free biomedical imaging with high sensitivity by stimulated Raman scattering microscopy. Science, 2008. 322(5909): p. 1857-1861.
17. Wei, L. and W. Min, What can stimulated emission do for bioimaging? Annals of the New York Academy of Sciences, 2013. 1293(1): p. 1-7.
18. Lin, P.-Y., et al., Long working distance fluorescence lifetime imaging with stimulated emission and electronic time delay. Optics express, 2012. 20(10): p. 11445-11450.
19. Yu, C.-H., et al. Optical coherence gating with stimulated emission. in Conference on Lasers and Electro-Optics/Pacific Rim. 2015. Optical Society of America.
20. Das, S., I.-C. Chen, and F.-J. Kao, Fully Digitally Controlled Stimulated Emission Based Fluorescence Detection.
21. Das, S., B.-W. Ho, and F.-J. Kao. Stimulated emission and spontaneous loss pump-probe microscopy for background removal. in Multiphoton Microscopy in the Biomedical Sciences XVIII. 2018. International Society for Optics and Photonics.
22. Ozeki, Y., et al., Stimulated Raman scattering microscope with shot noise limited sensitivity using subharmonically synchronized laser pulses. Optics express, 2010. 18(13): p. 13708-13719.
23. Wahl, M., Time-Correlated Single Photon Counting. Technical Note, 2014.
電子全文 電子全文(網際網路公開日期:20220820)
連結至畢業學校之論文網頁點我開啟連結
註: 此連結為研究生畢業學校所提供,不一定有電子全文可供下載,若連結有誤,請點選上方之〝勘誤回報〞功能,我們會盡快修正,謝謝!
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
系統版面圖檔 系統版面圖檔