High-resolution spectroscopic imaging with infrared nonlinear optical (IR-NLO) microscopy

使用红外非线性光学 (IR-NLO) 显微镜进行高分辨率光谱成像

基本信息

  • 批准号:
    10378534
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 21.85万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-04-01 至 2024-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary 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 vibrational 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. Over the past four decades, these techniques have had a measurable impact in the fields of biology and biomedicine, offering a spatially resolved assessment of healthy and diseased tissues from a molecular perspective. This proposal aims to significantly improve the capabilities of vibrational microscopy. We propose a new imaging approach that merges the desirable properties of IR absorption microscopy with some of the unique properties of coherent, nonlinear optical (NLO) excitation of molecules. This novel IR-NLO technique improves the spatial resolution of IR absorption microscopy by tenfold, while offering higher sensitivity to fingerprint molecular vibrations relative to Raman-based microscopy methods. Our team is comprised of experts in coherent Raman scattering microscopy and IR microspectroscopic imaging. Our innovation makes it possible to rapidly acquire IR absorption images of fingerprint vibrational modes with a resolution of 0.5 micrometer or better. The preliminary data shows that the IR-NLO approach can be successfully adopted in a rapid laser-scanning microscope, allowing convenient vibrational imaging of tissue specimens. In our proposal we develop, test, and improve the new IR-NLO technology. The validation of the technology is achieved through extensive biomedical imaging studies and comparison with the state of the art IR microscopy available today. The proposed program tackles a major challenge in IR spectroscopic microscopy, namely the improvement of imaging resolution. This new capability is significant, as the higher resolution enables the identification of sub-micrometer intra- and extra-cellular structures in the tissue, which hitherto have remained invisible in IR-imaging. The high-resolution imaging property thus dramatically improves the diagnostic capabilities of the technique. By setting a new resolution standard for fingerprint vibrational imaging, the IR-NLO technology is likely to have a significant impact in tissue imaging and can enable its use in both research and clinical domains for pathology.
项目概要 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 具有极高的化学对比度,因为它直接探测了基本振动模式 样品。振动成像方法包括红外吸收显微光谱和共焦 拉曼显微镜,已成功商业化的方法(正在增长的 5 亿 美元市场),现在是分析和生物实验室中常见的调查工具。 在过去的四十年中,这些技术对生物学领域产生了可衡量的影响 和生物医学,提供对健康和患病组织的空间分辨评估 分子视角。该提案旨在显着提高振动的能力 显微镜。我们提出了一种新的成像方法,融合了红外的理想特性 吸收显微镜具有相干非线性光学 (NLO) 的一些独特特性 分子的激发。这种新颖的 IR-NLO 技术提高了红外吸收的空间分辨率 显微镜十倍,同时提供相对于指纹分子振动更高的灵敏度 基于拉曼的显微镜方法。 我们的团队由相干拉曼散射显微镜和红外专家组成 显微光谱成像。我们的创新使快速获取红外吸收图像成为可能 分辨率为 0.5 微米或更好的指纹振动模式。初步数据 表明 IR-NLO 方法可以成功地应用于快速激光扫描显微镜, 允许方便地对组织样本进行振动成像。在我们的提案中,我们开发、测试和 改进新的IR-NLO技术。该技术的验证是通过广泛的 生物医学成像研究以及与当今最先进的红外显微镜的比较。 拟议的计划解决了红外光谱显微镜的一个主要挑战,即 提高成像分辨率。这项新功能意义重大,因为更高的分辨率使 组织中亚微米细胞内和细胞外结构的识别,迄今为止 在红外成像中仍然不可见。高分辨率成像特性因此显着 提高了该技术的诊断能力。通过设定新的分辨率标准 指纹振动成像,IR-NLO技术很可能对组织产生重大影响 成像并可以使其在病理学研究和临床领域中使用。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Infrared chemical imaging through non-degenerate two-photon absorption in silicon-based cameras.
通过硅基相机中的非简并双光子吸收进行红外化学成像。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Knez, David;Hanninen, Adam M;Prince, Richard C;Potma, Eric O;Fishman, Dmitry A
  • 通讯作者:
    Fishman, Dmitry A
Coherent Raman scattering microscopy: capable solution in search of a larger audience.
相干拉曼散射显微镜:寻找更多受众的有效解决方案。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Prince, Richard C;Potma, Eric O
  • 通讯作者:
    Potma, Eric O
Enhancement of Molecular Coherent Anti-Stokes Raman Scattering with Silicon Nanoantennas.
用硅纳米天线增强分子相干反斯托克斯拉曼散射。
  • DOI:
    10.1021/acs.nanolett.2c02040
  • 发表时间:
    2022-05-25
  • 期刊:
  • 影响因子:
    10.8
  • 作者:
    Shamsul Abedin;Yong Li;A. Sifat;Khokan Roy;E. Potma
  • 通讯作者:
    E. Potma
Eicosapentaenoic acid (EPA) activates PPARγ signaling leading to cell cycle exit, lipid accumulation, and autophagy in human meibomian gland epithelial cells (hMGEC).
二十碳五烯酸 (EPA) 激活 PPARγ 信号传导,导致人睑板腺上皮细胞 (hMGEC) 中的细胞周期退出、脂质积累和自噬。
  • DOI:
    10.1016/j.jtos.2020.04.012
  • 发表时间:
    2020-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Kim, Sun Woong;Rho, Chang Rae;Kim, Jinseor;Xie, Yilu;Prince, Richard C.;Mustafa, Khawla;Potma, Eric O.;Brown, Donald J.;Jester, James, V
  • 通讯作者:
    Jester, James, V
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