Rapid infrared biomedical imaging at high pixel density with a sCMOS camera
使用 sCMOS 相机进行高像素密度快速红外生物医学成像
基本信息
- 批准号:10195865
- 负责人:
- 金额:$ 20.48万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2021
- 资助国家:美国
- 起止时间:2021-06-01 至 2023-05-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:BackBiologicalBiologyCellsCellular biologyChemicalsComparative StudyComplementCosts and BenefitsCultured CellsDataDetectionDevelopmentDiagnosticEquilibriumFourier TransformGoalsHistopathologyImageImaging TechniquesImaging technologyLabelLaboratoriesLightMammary Gland ParenchymaMapsMeasurableMethodsMicroscopeMicroscopicMicroscopyModernizationNoiseOpticsPerformancePhysiologic pulsePredictive ValueProcessProtocols documentationRapid screeningResolutionSamplingScienceSignal TransductionSiliconSpectrum AnalysisSpeedTechniquesTechnologyTemperatureTimeTissue MicroarrayTissuesVisionWorkabsorptionbasebioimagingblindcostcost effectivenesscryogenicsdensitydesign and constructiondetection methoddetectorexperimental studyfundamental researchimaging approachimaging systemimprovedinfrared microscopynovelnovel strategiespractical applicationpreventprogramssensortooltwo-photonvibration
项目摘要
ABSTRACT
A genuine label-free imaging technology, vibrational microscopy provides maps of cells and tissues with
exceptionally high chemical contrast as it directly probes the fundamental vibrationals modes of samples.
Vibrational imaging approaches include IR-absorption micro-spectroscopy and confocal Raman microscopy,
methods that have been successfully commercialized (a growing 500 million dollar market) and are now
common tools of inquiry found in analytical and biological laboratories. Given the much stronger IR light-matter
interaction, IR microscopy has a particularly high potential to make a measurable impact in the fields of biology
and biomedicine. At the same time, the mid-IR (MIR) imaging technology has remained stagnant, as MIR
technology still relies on cooled cameras with low pixel density, preventing practical applications in efficient
mapping of cultured cells and tissue sections. This proposal aims to introduce a radically new MIR detection
approach that overcomes the fundamental hurdles that have plagued a broader implementation of traditional
MIR cameras. We propose that direct, on-chip MIR detection can be achieved in an sCMOS camera through
the process of non-degenerate two-photon absorption (NTA) enabled by a near-infrared gate pulse. By
replacing cryogenically cooled MIR arrayed detectors with a modern sCMOS camera, the proposed work
overcomes a key limitation in MIR microscopy and represents an important step toward a more practical
implementation of MIR imaging in the biomedical sciences.
Our team includes experts in biomedical vibrational imaging and nonlinear optics, and our preliminary
data underlines the feasibility of the NTA method for MIR detection. In the proposed work we push NTA for use
with modern sCMOS cameras, determine its utility for MIR microscopy and compare its performance for
biomedical imaging applications with established MIR microspectroscopy methods.
抽象的
振动显微镜是一种真正的无标记成像技术,可提供细胞和组织的图谱
由于它直接探测样品的基本振动模式,因此具有极高的化学对比度。
振动成像方法包括红外吸收显微光谱和共焦拉曼显微镜,
已经成功商业化的方法(一个不断增长的 5 亿美元市场),现在
分析和生物实验室中常见的探究工具。鉴于红外光物质更强
相互作用,红外显微镜具有特别高的潜力,可以在生物学领域产生可衡量的影响
和生物医学。与此同时,中红外 (MIR) 成像技术仍然停滞不前,因为 MIR
技术仍然依赖于低像素密度的冷却相机,阻碍了高效的实际应用
培养细胞和组织切片的绘图。该提案旨在引入一种全新的 MIR 检测
这种方法克服了困扰更广泛实施传统方法的根本障碍
中红外相机。我们建议,可以通过以下方式在 sCMOS 相机中实现直接片上 MIR 检测:
由近红外门脉冲实现的非简并双光子吸收(NTA)过程。经过
拟议的工作是用现代 sCMOS 相机取代低温冷却的 MIR 阵列探测器
克服了 MIR 显微镜的一个关键限制,代表着迈向更实用的重要一步
MIR 成像在生物医学科学中的应用。
我们的团队包括生物医学振动成像和非线性光学方面的专家,我们的初步研究
数据强调了 NTA 方法用于 MIR 检测的可行性。在拟议的工作中,我们推动使用 NTA
使用现代 sCMOS 相机,确定其在 MIR 显微镜中的实用性,并比较其性能
具有已建立的中红外显微光谱方法的生物医学成像应用。
项目成果
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