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用于荧光显微镜的Cobolt多波长激光器Skyra

用于荧光显微镜的Cobolt多波长激光器Skyra 鼎信优威
2022-06-29
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导读:将多个激光波长集成到荧光显微镜系统中,最为简化的解决方案是使用多波长一体的激光器。 Cobolt SKyra的解决方案是将四种不同波长激光器引入荧光显微镜系统里面可以提供一种可靠、易于使用且无需维护的

一般来讲,荧光显微镜系统通常都需要依靠照明光源来激发荧光基团。常见的照明光源有LED光源,超连续谱白光光源或者单波长的激光器。其中激光器主要用于高分辨率和高通量的成像技术,并且每种波长都会去激发特定的一组荧光团。为了能有效地激发多个荧光团,在一个实验中我们有必要同时使用多个单波长激光器,所以我们还需要整合每个单独的波长。

激发多个荧光基团通常需要使用两个到八个不等的激光器。通过激光合束器我们可以解决这个问题,合束器包括独立的激光器和合束的光学器件。但是这是一个复杂的解决方案,并且我们很难保持产品整体的一致性。此外,光纤耦合还会增加系统的复杂性。

将多个激光波长集成到荧光显微镜系统中,最为简化的解决方案是使用多波长一体的激光器。Cobolt SKyra的解决方案是:将四种不同波长的激光器集成在一个紧凑且永久对准的激光组件中,并且我们可以选择其中某一个光束输出或几个波长同时输出以及是否采用光纤耦合的选件。将多波长激光器引入荧光显微镜系统里面可以提供一种可靠、易于使用且无需维护的解决方案。





多波长激光技术



Cobolt Skyra多波长激光器在设计和制造方面是有自己的独到之处的,它采用高超的对准技术以及Cobolt一直以来的HTCure高温固化技术制造的。HTCure技术的核心是基于精心设计和匹配各个光学元件的热力学稳定性。激光器放置在一个温度可控的平台上,以实现稳定的操作并解决热量带来的机械失准的问题。


温度稳定且紧凑的封装可在环境变化的条件下提供稳定的光束指向性和耐用性

Cobolt Skyra可以直接在激光头上加上单模保偏的光纤耦合部件。图2中的输出功率稳定性是通过SM / PM光纤在20至50°C下测得的。


如何制造一台可用于荧光显微镜系统的,并且紧凑且可靠的多波长激光器?

Cobolt的HTCure技术是完成这个目标必不可少的一环。这种技术避免了频繁需要对准激光器的带来的困扰。Skyra可以实现在各种环境条件下保持对准,然后让激光光束聚焦到光纤传输系统中。此外,多波长激光器的控制单元部分直接集成到激光头内部,从而我们获得了了简单,整洁且易于集成的多波长激光器的解决方案。

举个例子,如果一个实验室同时研究了几个不同的应用方向或者和实验室中几个不同的科研项目都需要荧光显微镜系统具有不一样的激光的配置组合,其中大多数要求可以通过多波长激光器的标准品或定制品来满足实验要求。作为Cobolt Skyra的标准设定,每个波长的调制和控制都与其他波长无关。我们可以支持数字和/或模拟的外部触发模式以及通过USB连接电脑的软件进行操作。快速的数字调制可以达到5MHz的调制频率,模拟调制可以达到500kHz。

Skyra只需要通过USB进行连接,即可对不同的激光波长进行开/关操作或使用不同的调制序列进行编程。使用Cobolt自己的软件Cobolt Monitor将命令发送到Skyra激光器,也可以通过使用诸如NI LabView等软件的二次开发定制程序。此外,软件兼容性还允许对激光器进行远程控制和远程维护,从而进一步降低了整体设备的开发成本。除了实验室或商用仪器中常用的多波长激光器固有的波长组合外,我们还可以提供定制的波长组合来满足不同的需求。在405nm至660nm范围内,Skyra可以包含多达四个波长,在激光头出口处光束位置重叠度 <50 μm, 在 20 °C 至 50 °C 的温度范围内,激光光束的指向稳定性 <10 μrad/°C(下图 3)。

Cobolt Skyra输出的每个波长都在同一轴线上并支持耦合到单模光纤中,以便激光入射到显微镜装置中或通过定制来实现在激光器前面的指定的位置形成堆叠的光片,以直接对准例如流式细胞仪中的流通池。

一些学术界中最早使用Skyra的用户已经将其做为用于多种显微镜系统的强大工具来使用了。

举个例子, 维尔茨堡朱利叶斯-马克西米利安大学 生物技术与生物物理学系的Markus Sauer教授。Sauer教授实验室的研究人员致力于单分子荧光光谱学和成像技术的研究,包括超分辨显微镜及其在医学领域的应用,生物医学科学等。在该实验室,Skyra已用于单分子定位显微镜(SMLM)的系统中,从而获得了对细胞内蛋白质组织的新的实验结果(图4)。

该系统提供的图像具有接近分子水平的空间分辨率,可以从中提取定量生物学数据(图1)。Skyra是一种经济,高性能,易于使用的仪器解决方案,有助于以更快的速度进行研究并获得一致的结果[1]。

图1拍摄的图像示例 单分子定位显微镜(SMLM)Julius-Maximilian-维尔茨堡大学  三色图像显示带核的非洲绿猴的肾细胞 (COS7)(蓝色)、微管(红色/品红色)和和肌动蛋白骨架(绿色/青色)染色。

在 2048 × 2048 px 视场下每个通道的记录时间为 4 秒。

多波长激光器的另外一个方向是:在癌症诊断领域以及在临床荧光仪器中来使用。开发这种临床荧光仪器并获得临床认证的门槛是很高的,但是无论如何,最为关键的第一步是制造出技术领先的仪器,并且该仪器也具有商业化的能力。且易于使用。

华盛顿大学 乔纳森·刘(Jonathan Liu)的实验室的一个团队最近开发了一种用于快速,无损, 3D病理学的尖端开放式光学显微镜。该技术可对3D生物样品进行快速成像,而无需像传统病理技术那样制作切片组织样品。该技术可以用于前列腺穿刺活检和癌症诊断。此外,刘博士及其团队将继续将其技术推向商业化。易于控制,紧凑且永久对准的多波长激光器Skyra的使用有助于帮助其团队简化在创新仪器的结构设计。



总结

荧光成像是生物医学研究和临床诊断中的关键技术。通常用于高分辨率和高通量多荧光团成像的荧光显微镜,需要同一台仪器中使用不同波长的几个单独的激光源。一般情况下,这些激光是通过激光合束器耦合到显微镜中的 这增加了体积,成本和光路复杂性。多波长激光器的解决方案是激光合束器的一种极好的替代方案, 它可以简化荧光成像仪器,并有助于设备更加商业化。该解决方案适用于临床使用的新型尖端成像系统。多波长激光器可以使仪器更小,更经济高效,从而更易于制造和维护。这将推动基于激光的更先进的仪器引入临床研究,并进一步改善医学诊断水平。

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