Development of vibrational spectroscopic apparatus with adaptive optics for deeply buried sample by guide of photoacoustic signal

光声信号引导的深埋样品自适应光学振动光谱仪的研制

基本信息

批准号：
18K05046
负责人：
伴野元洋
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Tokyo University of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-01 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は，本研究において目標としている高光散乱体深部からの振動分光学的信号計測を行うための装置に関して，その要素技術の開発を行った。まず，ピコ秒近赤外パルスレーザーを励起光源とした光音響分光装置を開発した。本装置では，深部の計測に対して有効な，波長1100 nmのレーザー光を励起光とした。さらに，ピコ秒の時間幅を持つパルス光を励起光源とすることによって，二光子励起過程にも対応可能とした。この光を電気光学素子に導入し，10 MHzの周波数で振幅変調を施した。その後に，対物レンズを用いて試料に集光した。試料から発生した光音響信号である超音波は，振動数10 MHzの帯域を検出中心とした超音波トランスデューサーで検出し，その強度をロックインアンプによって増幅することによって，感度の高い光音響信号を計測可能とした。本装置の試験試料として，墨汁を含ませたアガロースゲルを，添加物なしのアガロースゲルで挟み込んだものを用いた。この墨汁を含有する部分に，上述した近赤外光を照射した結果，光音響信号が発生し，検出できた。この結果によって，本研究課題の一つの要素技術である「近赤外光照射による光音響信号計測」に成功した。続いて，本研究課題のもう一つの要素技術である，空間位相変調器を用いた波面整形による補償光学プログラムを開発した。本研究では，この補償光学技術によって，試料深部において入射光をタイトに絞り込むことを目的の一つとしている。空間位相変調器を，上述した近赤外光音響分光装置に導入し，遺伝的アルゴリズムを基に開発した自作のプログラムを組み込んだ。上述したサンドイッチ型アガロースゲルの真ん中の層である「埋もれた」墨汁含有層からの光音響分光信号に本技術を適用した結果，その信号強度を30%程度増強することに成功した。このように，生体のような高光散乱体深部の分光計測に対しての要素技術の整備が完了した。

今年，我们开发了该设备的基本技术，用于测量高光散射器内部深处的振动光谱信号，这是这项研究的目标。首先，我们使用Picsecond近红外脉冲激光作为激发光源开发了光声光谱设备。在此设备中，波长为1100 nm的激光（可有效测量）用作激发光。此外，通过将脉冲光作为泵秒的时间宽度作为泵送光源，就可以容纳两光子激发过程。该光被引入以10 MHz频率的电流元件和振幅调制中。之后，使用客观镜头将光收集到样品上。超声波波是由样品产生的光声信号，由具有10 MHz频带的检测中心检测到的超声传感器，并通过锁定传感器的强度通过锁定放大器进行扩增，从而可以测量高度敏感的照片声音信号。作为该设备的测试样品，将含有墨水的琼脂糖凝胶夹在无添加剂的琼脂糖凝胶之间。由于用上述近红外光辐照了包含墨水的部分，因此产生并检测到光声信号。该研究主题的基本技术之一是“使用近红外光照射的光声信号测量”。接下来，我们使用WaveFront Shaping开发了一个自适应光学程序，这是该研究主题的另一种元素技术。这项研究的目的之一是使用这种自适应光学技术在样品的深处紧密地缩小事件的缩小。在上述提到的近红外光声光谱设备中引入了空间相调节器，并合并了基于遗传算法的自制程序。由于将该技术应用于“埋入”含墨水的层的光声光谱信号，这是上述三明治型琼脂糖凝胶的中间层，信号强度成功提高了约30％。这样，已经完成了用于光谱测量高光散射体（例如生物体）深度区域的元素技术的发展。