Stimulierte Brillouin-Streuungsmikroskopie mit einem gepulsten Lasersystem mit hoher Spitzenleistung bei 780 nm

Yun Qi, Shuai Yao, Zi-Xuan Du, Jin-Rui Zhang, Cuiyun Zhou, Xiaohu Fu, Huan Li, Ting Mi, Yu-Han Chen, Yu-Fan Wang, Yun Luo, Xuyan He, Jing Nan, Yanjie Zhang, Lin Sun, Peng Xia, Shi-Qing Cai, Jiu-Lin Du, Jingjing Xie, Wei-Biao Chen und Fan Yang

Abstrakt

Die stimulierte Brillouin-Streuungsmikroskopie (SBS) ermöglicht eine rein optische, berührungslose und hochpräzise mechanische Bildgebung mit hoher Ortsauflösung. Jüngste Fortschritte in der quasi-kontinuierlichen SBS haben die benötigte Laserleistung deutlich reduziert. Die Pixelverweilzeit ist jedoch weiterhin auf 20 ms begrenzt, und weitere Reduzierungen ohne Einbußen bei Auflösung, Präzision oder Spezifität stellen eine Herausforderung dar. Wir begegnen dieser Einschränkung durch die Entwicklung eines frequenzverdoppelten gepulsten Faserlasersystems, das bei 780 nm arbeitet und eine Spitzenleistung von 267 W liefert. Um das für verstärkte Faserlaser typische hohe Intensitätsrauschen zu kompensieren, implementieren wir ein leistungsstarkes Rauschunterdrückungssystem basierend auf automatisch kompensierter Detektion. Dadurch erreichen wir eine Pixelverweilzeit von nur 200 µs für die vollständige Spektralaufnahme – zwei Größenordnungen schneller als bei bisherigen SBS-Implementierungen – und halten eine mittlere Leistung von 30 mW aufrecht. Wir demonstrieren die Brillouin-Bildgebung mit hoher Geschwindigkeit, hoher Spezifität und hoher Empfindlichkeit an lebenden Einzelzellen, Organoiden, Zebrafischlarven und Ovarialfollikeln mit subzellulären Details. Darüber hinaus erfassen wir die biomechanische Dynamik schneller Zellteilungen während der frühen Embryonalentwicklung von Caenorhabditis elegans an einem lebenden Wurm.