CARS лазерный микроскоп - ЭМТИОН
CARS лазерный микроскоп

SOL Instruments

CARS, Рамановский / люминесцентный сканирующий конфокальный микроскоп

Описание CARS лазерный микроскоп

Многофункциональность — Confotec CARS объединяет в единой системе:

  • CARS сканирующий микроскоп
  • Рамановский / люминесцентный сканирующий конфокальный микроскоп
  • традиционный сканирующий конфокальный лазерный микроскоп

 

Многоканальность – пять каналов для одновременных скоростных измерений:

  • F-CARS
  • E-CARS & Raman
  • отражённое лазерное излучение
  • прошедшее лазерное излучение
  • люминесцентное излучение

 

 

Confotec CARS

Преимущества CARS метода

  • высокая чувствительность: во время CARS процесса генерируются более сильные и направленные сигналы по сравнению с сигналами в спонтанной Рамановской микроскопии;
  • анти-Стоксов CARS сигнал имеет частоту, превышающую частоты волн накачки, и детектируется в спектральном диапазоне, свободном от мешающих засветок стоксовой люминесценции;
  • CARS сигнал генерируется только в фокусе, где интенсивность возбуждения является самой высокой. Это позволяет регистрировать изображения с высоким пространственным разрешением без использования конфокальных пинхолов, а также проводить 3D сканирование по слоям с минимальным влиянием соседних слоёв на результаты измерений;
  • спектральное разрешение CARS сигналов определяется только ширинами линий лазеров накачки, что позволяет упростить спектральные измерения, так как регистрация CARS сигналов может производиться без использования спектрального прибора;
  • CARS сигнал пропорционален квадрату концентрации молекул, что позволяет, наряду с селективностью и неинвазивностью метода, использовать CARS для количественных измерений концентрации химической субстанции в образце;
  • минимально инвазивная (бесконтактраная) техника CARS для биологических образцов. Благодаря высокой чувствительности, с помощью CARS метода молекулы в живых клетках можно регистрировать без флуоресцентных меток.

Ключевые особенности

Высокое пространственное разрешение:

CARS XYZ < 0.7 μм
Раман XY < 300 нм
Z   < 700 нм

Широкой спектральный диапазон:

CARS 985 – 5000 см-1
Раман 75 – 6000 см-1

 

Высокое спектральное разрешение:

CARS 7 — 8 см-1
Раман 0.25 см-1

 

Одновременный / многофункциональный анализ:

  • построение высококонтрастных изображений с помощью CARS сигнала (не требуется предвари-тельных добавок в образцы)
  • построение конфокальных Рамановских изображений
  • построение конфокальных флуоресцентных изображений, включая двухфотонную (или мульти-фотонную) эмиссию
  • построение конфокальных изображений в отраженном лазерном излучении
  • построение высококонтрастных изображений в прошедшем лазерном излучении
  • визуализация профиля поверхности посредством генерации сигнала второй гармоники

 

Три вида CARS измерений:

  • F-CARS
  • Е-CARS
  • P-CARS

 

Пять независимых скоростных каналов для регистрации до четырёх 2D и 3D изображений одновременно:

  • F-CARS: CARS сигнал в попутном (Forward) направлении
  • E-CARS & Raman: CARS сигнал в обратном (EPI) направлении / Raman сигнал
  • Reflected: сигнал отражённого лазерного излучения
  • Transmitted: сигнал прошедшего через образец излучения
  • Luminescent: люминесцентный сигнал
  • Поляризационное управление возбуждением и детектированием
  • Моноблочная лазерная система для возбуждения CARS сигналов
  • Дополнительный лазер 633нм для возбуждения стандартной однофотонной флуоресценции и спонтанного Рамановского рассеяния
  • Полностью автоматизированное управление: переключение режимов измерений путем автомати-ческого переключения необходимых компонентов внутри системы

 

Три режима сканирования:

  • сканирование лазерного луча по поверхности неподвижного образца с помощью XY сканнера
  • перемещение образца с помощью XY автоматизированного стола относительно неподвижного лазерного луча
  • комбинированный режим для получения панорамных изображений с высокой скоростью и высо-ким пространственным разрешением: XY сканнер + автоматизированный стол

Высокая точность калибровки по длинам волн: лучше ±0,002нм благодаря использованию встроенной калибровочной лампы в качестве источника реперных линий для автоматической оперативной калибровки монохроматора-спектрографа.

Блочная, жесткая, стержневая конструкция обеспечивает высокую временную и температурную стабильность

SOL instruments: спектрометр, рамановский микроскоп, эмиссионный спектрометр. 1 Polisteren balls

Полистереновые шарики различного диаметра
(F-CARS, 3045 cm-1)

 

SOL instruments: спектрометр, рамановский микроскоп, эмиссионный спектрометр. 2 structure-of-liquid-crystal

3D CARS изображение структуры жидкого кристалла 8CB на резонансной частоте 2236 cм-1

 

SOL instruments: спектрометр, рамановский микроскоп, эмиссионный спектрометр. 3 image-growing-cells

Мультимодальное CARS/TPEF изображение растущих клеток рака HeLa: DNA/RNA/Proteins/Lipids цветное представление

 

SOL instruments: спектрометр, рамановский микроскоп, эмиссионный спектрометр. 4 selective- imaging

 Селективный имаджинг MIA-PaCa панкриатик человеческой раковой клетки для резонанса 2845 см -1 C-H связи (C-H aliphatic stretch). Селективная визуализация липидов.

SOL instruments: спектрометр, рамановский микроскоп, эмиссионный спектрометр. 5 selective- imaging

3D изображение клетки

Информация предоставлена:
Dr. A. V. Kachynski,
The Institute for Lasers, Photonics,
and Bio-photonics,
State University of New York at Buffalo

Интуитивно понятное программное обеспечение NanoSP®:

  • Оперативное управление параметрами системы – полная автоматизация: переключение режимов измерений путем автоматического переключения необходимых компонентов внутри системы, управление шаттерами для выбора длины волны лазера возбуждения, контроль поляризации в канале возбуждения / регистрации, размер конфокального пинхо-ла, выбор решётки, установка центральной длины волны и выбор выходного порта моно-хроматора-спектрографа, подстройка положения пинхола и т.д.
  • Получение конфокальных 2D и 3D изображений: сканирование, накопление и сохранение данных.
  • Отображение CARS, Рамановских или люминесцентных спектров.
  • Различные методы калибровки спектров, в том числе с помощью встроенной калибровоч-ной лампы в качестве источника реперных линий.
  • 2-х/ 3-х мерное представление данных.
  • Обработка изображений:

— Коррекция изображений.
— Метрическая и статистическая обработка изображений, произвольные сечения.
— Цифровая фильтрация, изменение размеров и поворот изображения.

  • Обработка спектров:

— Вычитание широкополосного фона (background correction)
— Математические операции: сложение, вычитание, деление, произведение и т. д.
— Сглаживание несколькими способами
— Поиск и определение максимумов (пиков) спектральных линий

  • Режимы сканирования:

— Point
— XY
— XZ
— YZ
— XYZ

  • Способы сканирования:

— гальваносканер: 2D скоростные изображения
— гальваносканер + Piezo-Z сканер: 3D скоростные изображения
— автоматизированный стол: 2D изображения
— автоматизированный стол + Piezo-Z сканер: 3D изображения
— гальваносканер + автоматизированный стол: 2D панорамные изображения
— гальваносканер + автоматизированный стол + Piezo-Z сканер: 3D панорамные изображения

 

Применение

  • Нанобиотехнологии: неинвазивный анализ биологических образцов (клеток и компонент живых клеток) и протекающих в них процессов в реальном времени и с высоким пространственным разрешением.
  • Исследования с применением микро- и нанотехнологий для изучения свойств микро-структур небиологической природы: полупроводники, жидкие кристаллы, полимеры, фармацевтические вещества, микро- и наночастицы.

Общие характеристики системы

Пространственное XYZ разрешение CARS сигналов
(объектив 60х NA-1.2, водо-иммерсионный):
< 0.7 μм
Пространственное разрешение Рамановских сигналов
(длина волны лазера 633 нм; объектив 60х NA-1.2, водо-иммерсионный):
XY: < 300 нм
Z:   < 700 нм
Спектральный диапазон регистрации: CARS сигналов:            985 – 5000 см-1
Рамановских сигналов: 75 – 6000 см-1
Спектральное разрешение: CARS сигналов:            7-8 см-1
Рамановских сигналов: 0.25 см-1(решетка 75 штр/мм Эшелле);
0.6 см-1 (решетка 1800 штр/мм)
Диапазон скоростного сканирования (с объективом 60х) XY: 225 х 225 μм
Z:   80 μм
Управление: полная автоматизация

Оптический микроскоп

Тип: инвертированный
Модель: Nikon Ti-U
Стол: моторизованный
— диапазон перемещения: 114 х 75 мм
— точность (1мм перемещения): 0.06 μм
— XY воспроизводимость: ± 1 μм
— минимальный шаг перемещения стола: 0.02 μм
Микрообъективы: 60 х NA-1.2 водо-иммерсионный
20 x NA-0.45
Z-сканер:
— тип: пьезосканнер
— диапазон перемещения объектива: 80 μм
— минимальный шаг: 50 нм
— воспроизводимость: < 6 нм
Осветитель для работы в отраженном свете: галогеновая лампа 100 Вт
Осветитель для работы в проходящем свете: светодиодный
Ввод лазерного излучения: трехпозиционная автоматизированная турель
Цифровая видеокамера высокого разрешения:
— тип: цифровая цветная ПЗС-камера
— сенсор: 1/2″, 2048 x 1536 пикселей
— АЦП: 10 бит, скорость 12 кадров/сек

Лазер для возбуждения CARS сигналов.

Моноблочная Оптическая Параметрическая Система в составе:
Пикосекундный твердотельный Nd:YVO4 лазер
Длина волны излучения: 1064 нм
Длительность импульса: 6.5 пс
Выходная мощность: 6 Вт
Частота повторения импульсов: 85 МГц
Модовый состав: TEM00
Качество пучка (М2): < 1.5
Диаметр пучка: 2 мм
Перестраиваемый SOPO
(Synchronously pumped Optical Parametrical Oscillator)
Диапазон длин волн: 690 — 990 нм
Выходная мощность: > 400 мВт (800 нм)
Длительность импульса: 5 — 6 пс
Частота повторения импульсов: 85 МГц
Поляризация: горизонтальная
Модовый состав: TEM00
Качество пучка (М2): < 1.2
Диаметр пучка: 2 мм
Встроенная оптическая линия задержки

 Лазер для Рамановской спектроскопии

Тип лазера: CW HeNe
Длина волны излучения: 632.8 нм
Средняя мощность: > 10 мВт
Поляризация: линейная
Диаметр пучка: 0.65 мм
Расходимость пучка: < 1.24 мрад

Модуль формирования и совмещения лазерных пучков

Лазерные затворы: 3 (Nd:YVO4 лазер, SOPO и HeNe лазер)
Поляризатор: 2 (Nd:YVO4 лазер и SOPO)
Фазовая пластинка λ/2 2 (Nd:YVO4 лазер и HeNe лазер)
Вариотелескоп: 3 (Nd:YVO4 лазер, SOPO и HeNe лазер)

Оптический модуль

Оптика, оптимизированная для спектрального диапазона: 400 — 1100 нм
Анализатор: призма Глан-Тэйлора
Ослабитель лазерного излучения: нейтральный фильтр переменной плотности 0 — 3D
Позиционер предпинхольного объектива: трехкоординатный (X, Y, Z)
Позиционер CARS, Рамановских и флуоресцентных фильтров: пятипозиционный
Позиционер дихроичных фильтров: шестипозиционный

Монохроматор-спектрограф изображения MS 5004i

Фокусное расстояние: 520 мм
Относительное отверстие (по входу): 9.8
Увеличение горизонтальное: 1.0
Увеличение вертикальное: 1.0
Вертикальное пространственное разрешение: < 20 μм
Размер плоского поля: 28 х 5 мм
Рассеянный свет
(на расстоянии 20 нм от линии лазера 633 нм)
1 х 10-5
Узел дифракционных решеток: автоматизированная турель на 4 решетки
Спектральное разрешение
(длина волны 633 нм, CCD pixel 12×12 μм)
0.01 нм (решётка 75 штр/мм Эшелле)
0.025 нм (решётка 1800 штр/мм)
Спектральная щель входная: автоматизированный конфокальный пинхол,
плавно регулируемый от 0 до 1.5 мм
Спектральная щель выходная: автоматизированная,
плавно регулируемая от 0 до 2 мм
Порты: 1 входной, 2 выходных
Детектор (Раман, E-CARS, скоростные измерения) Hamamatsu Photosensor module H7844
с Пельтье — охлаждением

Монохроматор для флуоресцентных измерений (интегрирован в MS 5004i)

Фокусное расстояние: 100 мм
Входная щель: конфокальный пинхол MS 5004i
Выходная щель: фиксированная, ширина 4.2 мм
Дифракционная решетка: 600 штр/мм
Спектральный диапазон: 400 — 920 нм
Обратная линейная дисперсия: 13 нм / мм
Детектор Hamamatsu Photosensor module H7844
с Пельтье — охлаждением

Спектральная камера (Раман, E-CARS)

Тип: цифровая ПЗС камера
Фотоприемник: back-thinned ПЗС матрица 2048 х 122 пикселей
Размер фоточувствительного элемента: 12 х 12 мкм
Размер фоточувствительного поля: 24.576 х 1.464 мм (длина х высота)
Область спектральной чувствительности: от 200 до 1100 нм
Охлаждение с температурной стабилизацией: двухступенчатое Пельтье-охлаждение до – 45 °С
Разрядность аналого-цифрового преобразователя (АЦП) камеры: 16 бит
Чувствительность: 1 фотон на 1 отсчет АЦП (на длине 650 нм)
Динамический диапазон: не менее 10 000

Модуль скоростного сканирования X, Y

Сканнеры: гальванометрические сканнеры зеркал (X, Y)
Режимы сканирования: растровый скоростной и старт-стопный
Точность позиционирования: < 30 нм
Сканируемая площадь: 225 μм х 225 μм (с объективом 60Х)
Скорость сканирования скоростного режима: 4 сек/кадр 1000 х 1000 точек

Модуль конфокального лазерного микроскопа (Reflected)

Позиционер предпинхольного объектива: трехкоординатный (X, Y, Z)
Конфокальный пинхол: автоматизированный конфокальный пинхол,
плавно регулируемый от 0 до 1.5 мм
Детектор: Hamamatsu Photosensor module H6780-01

Модуль регистрации F-CARS и прошедшего излучения

Анализатор: призма Глан-Тэйлора
Позиционер F-CARS фильтров: четырехпозиционный
Детектор для регистрации F-CARS: Hamamatsu Photosensor module H7844 с Пельтье — охлаждением
Детектор для регистрации прошедшего излучения: Hamamatsu Photosensor module H6780-01

Модуль управления и обработки сигнала

Количество каналов регистрации: 5
Количество одновременно регистрируемых каналов: до 5
Интерфейс связи с компьютером: Ethernet 100 Base-T по протоколу TCP/IP

Оптический стол

Все составные части расположены на оптической плите, установленной на виброгасящих опорах

 

SOL instruments: спектрометр, рамановский микроскоп, эмиссионный спектрометр. shema specification CARS

Может быть полезно:

Описание методик

Магнитно-силовая Микроскопия (МСМ)

Магнитно-силовая Микроскопия (МСМ) [1, 2] является эффективным средством исследований […]


Микроскопия пьезоотклика (АСМ)

Основная идея Силовой Микроскопии Пьезоотклика заключается в локальном воздействии […]


Амплитудно-модуляционная АСМ

Использование колеблющегося кантилевера в Сканирующей Зондовой Микроскопии впервые было предложено Биннигом [1]. […]


Метод отображения Фазы АСМ

Использование колеблющегося кантилевера в Атомно-силовой микроскопии впервые было предложено […]


Научные результаты на обору­довании

Магнитооптические, структурные и поверхностные свойства (Bi, Ga)-замещенных DyIG пленок, полученных реактивно-ионным распылением.

Зависимости магнитооптических, структурных и морфологических свойств наноразмерных (Bi, Ga) […]


Микрораман. Измерение механического напряжения в кремнии

  Механическое напряжение может оказывать прямое или косвенное влияние […]


Автоматический поиск тонкодисперсных золотых фаз в слабо минерализованных горных породах с помощью СЭМ TESCAN с системой микроанализа AZtec Automated

При исследовании слабо минерализованных горных пород и выявлении особенностей […]


Исследование микроструктуры аустенитной нержавеющей стали с помощью детектора прошедших электронов TESCAN

Основными преимуществами сталей аустенитного класса являются их высокие служебные […]


Оставьте заявку

И мы ответим на интересующие Вас вопросы