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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合的CARS顯微鏡,整套系統截成了掃描CARS顯微鏡,拉曼掃描共聚焦顯微鏡和傳統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優點
高靈敏度：相干反斯托克斯拉曼CARS比拉曼顯微鏡產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，沒有斯托克斯發光問題
斯托克斯CARS僅僅在聚焦視野中激發強度大時出現，使用非共聚焦小孔還能具有高空間分辨率成像，還可以進行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物質濃度
對于生命科學而言，CARS是一種非接觸式的安全的技術，可直接探測活細胞分子而不需要熒光標記
CARS與拉曼對比
空間分辨率
| CARS | XYZ < 0.7 μм |
| Raman | XY < 300 nm Z < 700 nm |
寬光譜范圍:
| CARS | 985 – 5000 cm-1 |
| Raman | 75 – 6000 cm-1 |
高光譜分辨率
| CARS | 7 – 8 cm-1 |
| Raman | 0.25 cm-1 |
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
發光：透過激光信號
激發和探測的偏振控制
CARS型號激發
另外有633nm激光用于單光子熒光激發和自發拉曼散射
計算機控制，自動開關
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精度高達+/-0.002nm，內置了校準燈泡提供參考線,可自動校準單色儀和攝譜儀。
相干反斯托克斯拉曼顯微鏡軟件部分
在線控制系統參數
全自動模式：測量模式自動轉換，可選擇激發波長，選擇激發波長偏振，選擇光柵，選擇中心波長
共聚焦2D成像和3D成像：掃描，加速和數據存儲
CARS成像，拉曼成像和發光光譜
不同光譜校準方法
2D/3D成像數據
圖像處理功能：圖像校正，公制統計，數字濾波，圖像大小改變和旋轉
光譜處理功能：背景濾除，數學操作包括增加，扣除，除，乘等
掃描模式：點掃描，XY掃描，XZ,YZ,XYZ掃描
掃描技術：
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用
納米生物學：高分辨率實時而非侵入式分析細胞和活細胞
微納米材料研究：半導體，液晶，制藥等微結構和材質研究
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
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