Multimodale nichtlineare hyperspektrale chemische Bildgebung mit Line-Scanning-Schwingungssummen-Frequenz-Generierungsmikroskopie

Unser Ziel ist es, mesoskopisch heterogene, selbstorganisierte Proben, wie z.B. biologisches Gewebe, zu untersuchen, um ihre chemische Zusammensetzung und molekulare Anordnung aufzudecken. Wir untersuchen, wie die mikroskopische Anordnung und mesoskopische Morphologie dieser Selbstmaterialien mit ihren mikroskopischen Eigenschaften zusammenhängt. Mit Fortschritten bei Mikroskopen mit hoher numerischer Apertur und reflektierenden Mikroskopen haben wir und andere ein Schwingungssummen-Frequenz-Erzeugungsmikroskop mit einer Auflösung von einem Quadratmikrometer demonstriert, das gleichzeitig Bilder von weichen Materialien aufzeichnen und auch das Spektrale räumlich auflösen kann, wodurch die sogenannten hyperspektralen Bilder gebildet werden.

Die hyperspektrale Bildgebung zeichnet experimentelle Daten in mehreren Dimensionen auf, zwei in Räumen, eine in der Frequenz und möglicherweise eine in der Zeit. Die schnelle Erfassung, Speicherung und Analyse solcher Big Data zur Maximierung der Informationen bleibt jedoch eine Herausforderung. Das Sampling des Bildes nur zur Erfassung nützlicher Datenpunkte ist ebenfalls eine Herausforderung.

Durch die Entwicklung einer schnelleren Zeilenscanning-Technologie konnten wir die Datenerfassungszeit um das 100-fache beschleunigen. Darüber hinaus ist das Mikroskop mit der Summenfrequenzerzeugung (SFG), der Erzeugung der zweiten Harmonischen (SHG) sowie der Breitfeldbildgebung kompatibel. Die multimodale Bildgebung ermöglicht eine schnelle Inspektion von Proben mittels optischer Bildgebung und Korrelation verschiedener Bildmodalitäten.

Die SHG-Bildgebung unterstützt die optische Technik unserer Technik, ist aber ohne das spektrale Auflösungsvermögen in der Biophysik weit verbreitet. Unser SFG-Mikroskop wird nun in der Lage sein, leistungsstarke Einblicke auf molekularer Ebene zu liefern, die derzeit in biophysikalischen Studien von Weichgeweben fehlen.