1.荧光显微镜的应用

该装置展示了三束激光及其反射镜是如何通过 AOTF 和光纤的，光纤使三束激光均呈高斯分布并准直至相同直径，再进入显微镜物镜中。

使用的样品类型如下：单分子水平的荧光团和纳米粒子，目的是观察后者如何影响前者。此外，它们还与 DNA 配对。

2.器件的光学表征

该装置包括一个超连续激光器、两个用于引导光线的镜子、一个（或两个，取决于探测器）中性密度滤光镜（用于降低光线强度，避免相机饱和）和一个偏振镜。样品放置在一个旋转支架上，可以控制入射角度。反射和透射信号由两个不同的光谱仪检测： AvaSpec-2048 和 SR 303I-A （配有 ANDOR DU490A 摄像机）。

 

3. 神经科学光学表征的超连续体

3.1） 神经科学中光学表征的超连续体

今天，我们对其中一位使用超连续介质激光器的研究人员进行了采访。特伦托大学的NanoLab实验室有一个用于芯片表征的白色激光，这是光诱导激活体外神经元印迹过程的重要步骤。  

Clara Zaccaria毕业于帕多瓦大学物理学专业，目前在特伦托大学由Lorenzo Pavesi领导的纳米实验室攻读博士学位的第三年。她解释了她如何在BACKUP项目中使用超连续光纤激光器。

3.2） 备份项目

BACKUP的目的是使用光子芯片在小型体外神经元网络中创建一个记忆印迹。该人工印迹将使用光遗传学策略创建，其中图案化光照明将对应于沿光路表达通道视紫红质的一组互连神经元的激活。从这个意义上说，图案光将作为生成记忆印迹的人工学习事件。
这种简化的体外系统将允许比较“印迹神经元”（由光激活的细胞）与“非印迹神经元”（未被光激活的细胞）的活性和形态变化，以研究印迹细胞连接的基本机制，并建立神经元活动与神经元之间连接变化之间的联系。
Clara的研究是在ERC BACKUP项目的框架内进行的，该项目创建了混合平台，其中神经形态光子芯片与生物神经元进行通信。
在BACKUP项目中，她实施了两种体外神经元激发装置，一种通过显微镜使用数字光投影仪，另一种使用专门设计的光子芯片。

Iceblink，光子芯片上光学表征的超连续源。

他们使用超连续激光器Iceblink来表征光子芯片中设计的光学结构。

白激光光纤激光器对于表征不同波长下的结构很重要：光子学芯片设计为在488nm下工作，但是了解光学结构在较高波长下的行为也很有用，以便以不同的方式与神经元相互作用。

3.3） 表征任何波长的光学结构

此外，激光设置非常重要，因为它们需要光相干才能与实验室设计的光子芯片正确使用。此外，它们需要有一个具有大光谱的可见光源，以便与光谱分析仪一起使用。可调谐源或宽带源在可见范围内，因为由于缺乏适当的增益介质，这种情况并不常见。

当他们想要使用光谱的特定部分时，他们会使用滤波器，如果需要偏振，他们会使用一些波片和偏振器。

超连续介质在芯片表征中的优势

超连续源在整个光谱（从 400 到 2000 nm）中具有良好的功率传输。
价格很方便，因为它是一种用途广泛的激光器。事实上，纳米实验室的其他一些研究也将其用于其他项目。

3.4）神经科学的未来

主要的科学挑战是这些平台的生物相容性以及能够与生物电路竞争的神经形态回路的设计。
如果将来有可能实现能够与神经元通信的高效光子学平台，那么就有可能创造出可以替代或支持健忘症或癫痫等疾病中功能失调的大脑部门的设备。此外，这些类型的平台也可用于进行体外研究，以揭示神经元网络中发生的基本过程，如信号传导和信息存储。
这种研究确实是当今神经科学面临的更重要的挑战之一。这将演变为实施人工智能的医学应用和知识。
但真正的挑战是道德上的：需要适当的外展，以便让人们对这些技术将带来的优势持开放态度。

4. 用于光片荧光显微镜的超连续激光器

4.1）弹性散射光片荧光显微镜的优点

光片荧光显微镜（LSFM）是一种强大的成像技术，可以对活体标本进行快速且无光毒性的3D检测。

LSFM将宽场成像的速度与适度的光学切片和低光漂白相结合。它也被称为SPIM，或简称为“光片”。SPIM或LSFM的定义特征是从侧面对焦平面进行平面照明。在任何给定时间，仅照亮样品的薄部分，最大限度地减少光损伤并提供光学切片，与宽场落射荧光相比，SNR更高。由于图像是以宽场（2D平行）方式收集的，因此光片成像比一次仅检测一个像素的点扫描共聚焦显微镜快得多。

由于三个关键特征，它已成为最流行的体积成像技术之一：

• 光损伤最小化，因为激发被限制在焦平面附近，例如生物存活的时间更长。
• 获得良好的光学切片，通常接近共聚焦显微镜。
• 采集速度非常快，比传统的共聚焦显微镜快几个数量级。SPIM的主要缺点是需要额外的光学器件来生成光片。

光片显微镜通常基于荧光技术，通常，需要正确标记所研究的样品才能成像。
在本文中，我们将更深入地研究这种技术，并研究如何使用弹性散射光来生成未标记样品的图像。
主要障碍是这些图像通常受到斑点的影响。为了解决这种不便，他们使用低时间相干超连续源作为候选的超连续源，以减少来自散射光的光片显微镜图像中固有的斑点。

ICFO-Institut de Ciencies Fotoniques的Pablo Loza-Alvarez，Omar Alarte，David Merino与研究与技术基金会的Diego Battista和Giannis Zacharakis使用来自样品的弹性散射光来生成图像，以避免需要标记样品。

在这项工作中，他们提出了一种基于光片的新型光学设置，该设置实现了三种处理弹性散射图像斑点的策略：

• 偏振滤波
• 降低激发激光的时间相干性
•  降低光片的空间相干性。

这些策略能够在具有挑战性的生物样品中对结构特征进行原始光片弹性散射成像，避免散斑的有害影响，并且不依赖但补充荧光标记。

4.2） 弹性散射光片显微镜中偏振和相干控制的设置

他们的弹性散射光片显微镜的主要部件是超连续光纤激光器，它发射从可见光到红外线的宽带光谱。

该源呈现非常宽的光谱带宽，同时，它呈现非常低的时间相干性。当试图减少图像中的斑点效应时，两者都是光源中的理想特征。

白色激光用于光片荧光显微镜，选择500至700 nm（140 nm FWHM）的波段，因此提供较低的时间相干性以减少斑点对比度。

弹性散射光片显微镜中偏振和相干控制的实验装置方案.在（a）中显示了实施的实验设置。光片照明路径由几个发射515 nm和638 nm的二极管激光器和一个超连续激光器（SCL）组成。激光束在进入显微镜之前被放大10倍。P1是一个半波板（HWP），用于控制三个光束在通过柱面透镜（CL），振镜（GM）和照明物镜（OBJill）之前的偏振。GM扫描OBJill瞳孔处的光束，在样品平面上生成旋转光片。样品保存在装满水的定制浸没室（C）中。检测系统由0.5 N.A.物镜（OBJdet）、200 mm管透镜（总放大倍率为20倍）和偏光片（P2）组成。

（b） 超连续介质激光器在500-700 nm（140 nm FWHM）波段的发射光谱，与红色二极管激光器（红色垂直波段）的带宽（1.2 nm）相比。

（c） 靠近照明物镜（OBJill）的光学装置的细节，说明枢轴光片方法。围绕斧头旋转的超连续激光位于 OBJill 的工作距离 （WD），即样品平面的中心。

4.3）超连续体是否在LSFM中实现了无标记结构成像？

结果表明，与其他光谱带宽较窄的光源相比，Iceblink超连续光源对LSM图像的斑点贡献较低。

总之，弹性散射光片显微镜是一种适用于无标记结构成像的新型光片成像方式。

为了提高这种配置中的成像质量，他们建议实施：

- 偏振控制，可实现对比度选择性并消除基板背景。

- 时间和空间相干性减少，能够从斑点噪声中提取内源性内在对比度。

以这种方式实现，弹性散射光片成像为标准LSFM实验提供了有用的补充结构信息，如MCTS样品所示。此外，它有可能提供样本的相关形态学细节，类似于组织学切片，但以非破坏性的方式。

最后，弹性散射光片显微镜是一种很有前途的技术，可以实现新的和有趣的实验，例如，在受低信噪比限制的应用中作为LSFM的替代品，例如功能成像或快速体积结构成像。

秀丽隐杆线虫头部的图像，使用弹性散射光片显微镜系统获得。a）蠕虫头部3D图像堆栈的最大强度投影（图像大小为230×110μm）。b）是获得的（a）平面之一的细节（图像为80×40μm）。c） 与使用 488nm 连续二极管激光器获得的 （b） 图像相同（图像为 80×40 μm）。

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