Development of stimulated Brillouin microscopy for high-resolution stiffness measurement

开发用于高分辨率刚度测量的受激布里渊显微镜

基本信息

  • 批准号:
    10592235
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 45.8万
  • 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:
    2019-06-01 至 2025-02-28
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Abstract Cells inside tissues and biomaterials receive mechanical cues that affect the cells’ morphology and function. These phenotype changes in turn can remodel the extracellular environment. To understand this intricate interaction, it is fundamentally necessary to measure the mechanical properties of both intracellular and extracellular space in situ. However, this measurement is very difficult by the lack of suitable tools. The goal of this project is to develop novel optical tools based on stimulated Brillouin scattering (SBS) for measuring and mapping stiffness with 3D resolution. The first specific aim is to develop a longitudinal-wave SBS microscope system using a pulsed scheme to achieve sub-millisecond data acquisition speed, 1000-fold improved over spontaneous Brillouin microscopy. The second specific aim is to develop a shear-wave SBS microscope system. Using the coherent nature of SBS, this new modality may measure shear modulus in a broad range from 100 Pa to 1 MPa with subcellular resolution. The third specific aim is to combine the two systems with a common sample stage allowing both longitudinal and shear moduli to be measured from each microscopic volume. The combined microscope will provide unprecedented label-free, high-resolution access to the full compliance or stiffness tensors of cells, tissues, and hydrogels. The successful development of SBS microscopy will have a major impact on many areas that require mechanical characterization of biomaterials, cells, organoids, tissue slices, and small living organisms at high spatial resolution.
抽象的 组织和生物材料内部的细胞会收到影响细胞形态和功能的机械提示。 这些表型的变化反过来可以重塑细胞外环境。理解这一复杂的 相互作用,从根本上必须测量细胞内和 原位细胞外空间。但是,由于缺乏合适的工具,这种测量非常困难。目标 这个项目的是开发基于刺激的布里鲁因散射(SB)的新型光学工具 并用3D分辨率映射刚度。第一个具体目的是开发纵向波SBS 显微镜系统使用脉冲方案实现亚毫秒的数据采集速度,1000倍 改进了赞助的布里渊显微镜。第二个特定目的是开发剪切波SBS 显微镜系统。使用SBS的连贯性质,这种新模式可以测量剪切模量 宽范围从100 pA到1 MPa,具有亚细胞分辨率。第三个具体目的是结合两个 具有共同样品阶段的系统,可以从每个纵向和剪切模量 微观体积。组合显微镜将提供前所未有的无标签,高分辨率访问 对细胞,组织和水凝胶的完整合规性或刚度张量。成功的发展 SBS显微镜将对需要机械表征的许多领域产生重大影响 生物材料,细胞,器官,组织切片和小型生物体以高空间分辨率。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
In situ measurement of the stiffness increase in the posterior sclera after UV-riboflavin crosslinking by optical coherence elastography.
  • DOI:
    10.1364/boe.463600
  • 发表时间:
    2022-08
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Maria Vinas-Pena;Xu Feng;Guo-Yang Li;S. Yun
  • 通讯作者:
    Maria Vinas-Pena;Xu Feng;Guo-Yang Li;S. Yun
Poster Session: Optical coherence elastography for In situ measurement of stiffness increase in posterior sclera after crosslinking.
海报会议:光学相干弹性成像用于原位测量交联后后巩膜硬度增加。
  • DOI:
    10.1167/jov.23.11.73
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Vinas-Pena,Maria;Feng,Xu;Li,Guoyang;Yun,Seok-Hyun
  • 通讯作者:
    Yun,Seok-Hyun
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