Microscopía de dispersión de Brillouin estimulada con un sistema láser pulsado de alta potencia de pico de 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 y Fan Yang

Abstracto

La microscopía de dispersión Brillouin estimulada permite la obtención de imágenes mecánicas totalmente ópticas, sin contacto y de alta resolución espacial con gran especificidad. Los recientes avances en la dispersión Brillouin estimulada de onda cuasicontinua han reducido sustancialmente la potencia láser requerida. Sin embargo, el tiempo de permanencia del píxel sigue limitado a 20 ms, y lograr reducciones adicionales sin comprometer la resolución, la precisión o la especificidad resulta complejo. En este trabajo, abordamos esta limitación mediante el desarrollo de un sistema láser de fibra pulsado con duplicación de frecuencia que opera a 780 nm, con una potencia pico de 267 W. Para mitigar el ruido de alta intensidad intrínseco a los láseres de fibra amplificados, implementamos un sistema de cancelación de ruido de alto rendimiento basado en detección autoequilibrada. Como resultado, logramos un tiempo de permanencia del píxel de tan solo 200 µs para la adquisición espectral completa, dos órdenes de magnitud más rápido que las implementaciones previas de dispersión Brillouin estimulada, y mantenemos una potencia media de 30 mW. Demostramos imágenes de Brillouin de alta velocidad, especificidad y sensibilidad en células individuales vivas, organoides, larvas de pez cebra y folículos ováricos con detalles subcelulares. Además, capturamos la dinámica biomecánica in vivo de las divisiones celulares rápidas durante el desarrollo embrionario temprano de Caenorhabditis elegans en un gusano vivo.