एक मार्कर रहित इमेजिंग तकनीक के रूप में, मल्टीमॉडल नॉनलाइनियर ऑप्टिकल इमेजिंग (एनएलओआई) कैंसर के मूल्यांकन के लिए एक शक्तिशाली उपकरण बन गया है। मल्टीमॉडल एनएलओआई से जुड़ी गति कलाकृतियों और ऑप्टिकल क्षति से बचने के लिए, एक समाधान विभिन्न जैव अणुओं का निरीक्षण करने के लिए विभिन्न तौर-तरीकों से संकेत एकत्र करने के लिए कई पहचान चैनलों के साथ संयुक्त उत्तेजना स्रोत के रूप में एक एकल अल्ट्राफास्ट लेजर का उपयोग करना है। हालाँकि, इस मामले में, प्रत्येक मोड को स्वतंत्र रूप से अनुकूलित नहीं किया जा सकता है और सभी एनएलओआई मोड को उत्तेजित करने के लिए एक उपयुक्त उत्तेजना स्रोत की आवश्यकता होती है। लेबल-मुक्त सहज प्रतिदीप्ति मल्टीप्लेक्स (एसएलएएम) माइक्रोस्कोपी, 1110 एनएम पर सेट उत्तेजना तरंग दैर्ध्य के साथ, विभिन्न सिग्नल डिटेक्शन चैनलों के माध्यम से एक ही उत्तेजना स्थिति के तहत चार मोड से संकेतों के एक साथ संग्रह को सक्षम बनाता है, एफएडी के लिए दो-फोटॉन प्रतिदीप्ति (2पीएएफ) प्राप्त करता है। , NADH के लिए तीन-फोटॉन प्रतिदीप्ति (3PAF), कोलेजनस संरचनाओं के लिए दो-ऑक्टेव आवृत्ति (SHG), और अपवर्तक सूचकांक उत्परिवर्तन के लिए तीन-ऑक्टेव आवृत्ति (THG)। अपवर्तक सूचकांक उत्परिवर्तन पर आवृत्ति (टीएचजी) संकेत। वर्तमान में, एसएलएएम माइक्रोस्कोप को चलाने के लिए उपयोग किए जाने वाले अधिकांश प्रकाश स्रोतों को तरंग दैर्ध्य रूपांतरण प्राप्त करने के लिए फोटोनिक क्रिस्टल फाइबर या क्रिस्टल में अल्ट्राशॉर्ट पल्स को जोड़ने की आवश्यकता होती है, जिसमें उच्च लागत, बड़े पदचिह्न, जटिल संचालन और लंबे समय तक स्थिर संचालन की अक्षमता शामिल होती है।
To address the above problems and difficulties, the L07 group of Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences/Beijing National Research Center for Condensed Matter Physics (NRCP), based on many years of research on ultrafast fiber lasers, proposed a Yb-doped fiber laser with dual management of pre-chirp and gain, and finally obtained a pulse with a wavelength of 1110 nm, an energy of more than 90 nJ, a pulse width of 34 fs, and peak power of close to 3 MW, by finely adjusting the input energy and pre-chirp. With a wavelength of >90nJ, 34fs की पल्स चौड़ाई और लगभग 3MW की अधिकतम शक्ति, चिकित्सा इमेजिंग के लिए SLAM माइक्रोस्कोप को चलाने के लिए उत्कृष्ट पल्स गुणवत्ता प्राप्त करते हुए प्रकाश स्रोत कॉम्पैक्ट और स्थिर है।
चित्र 1 प्री-चिरप और गेन दोहरे प्रबंधन के साथ येटरबियम-डॉप्ड फाइबर लेजर सिस्टम का योजनाबद्ध आरेख दिखाता है। इसमें एक बीज स्रोत, पूर्व-प्रवर्धन मॉड्यूल, पूर्व-चिर्प मॉड्यूल, लाभ-प्रबंधित प्रवर्धन (जीएमए) मॉड्यूल और संपीड़न मॉड्यूल शामिल हैं। बीज स्रोत एक बीज पल्स प्रदान करता है जिसका केंद्र तरंग दैर्ध्य 1{7}}40 एनएम, पल्स ऊर्जा 0.2 एनजे और 43 मेगाहर्ट्ज की पुनरावृत्ति आवृत्ति होती है। बीज पल्स को 40 सेमी लंबे वाईबी-डोप्ड फाइबर द्वारा पूर्व-प्रवर्धित किया जाता है, और फैलाव शुरू करने के लिए जीएमए मॉड्यूल के सामने झंझरी की एक जोड़ी रखी जाती है, और पूर्व-प्रवर्धित आउटपुट में एक नकारात्मक या सकारात्मक पूर्व-चिरप जोड़ा जाता है। झंझरी की दूरी को समायोजित करके पल्स। इसके अलावा लाभ प्रबंधन के लिए पूर्व-चर्चित दालों को 3.1 मीटर लंबे वाईबी-डोप्ड फाइबर में बढ़ाया जाता है। दूसरी प्रवर्धित पल्स को ट्रांसमिशन झंझरी की एक और जोड़ी के माध्यम से संपीड़ित किया जाता है। पल्स संपीड़न गुणवत्ता पर इन मापदंडों के प्रभाव को इनपुट ऊर्जा और प्री-चिरप को बारीकी से ट्यून करके पता लगाया जाता है, और प्रयोगात्मक परिणाम अंजीर में दिखाए जाते हैं। 2 और 3, जो दर्शाते हैं कि उच्च संपीड़न गुणवत्ता वाली दालों को पंप शक्ति, इनपुट ऊर्जा और उचित नकारात्मक चहचहाहट की सीमा पर उत्पादित किया जा सकता है। जब पंप की शक्ति 9 डब्ल्यू है, तो इनपुट पल्स ऊर्जा 0.6 एनजे है, और प्री-चिरप -36000 एफएस2 है, 1110 एनएम की केंद्र तरंग दैर्ध्य के साथ एक पल्स, 34 एफएस की पल्स चौड़ाई, 92.2 की ऊर्जा एनजे, और 3 मेगावाट के करीब की चरम शक्ति प्राप्त की जाती है, जो मेडिकल इमेजिंग के लिए एसएलएएम माइक्रोस्कोप चलाने के लिए बहुत उपयुक्त है।
छवि चित्र 2. 9 W की पंप शक्ति और -36000 fs2 की प्री-चिरप पर GMA पल्स संपीड़न पर विभिन्न इनपुट पल्स ऊर्जा का प्रभाव। (ए) विभिन्न इनपुट ऊर्जाओं पर संपीड़न पल्स चौड़ाई और स्ट्रेहल अनुपात। (बी) विभिन्न इनपुट ऊर्जाओं पर आउटपुट स्पेक्ट्रा। (सी) लाल वक्र: संपीड़ित नाड़ी का मापा गया ऑटोसहसंबंध प्रक्षेपवक्र, काला वक्र: वर्णक्रमीय गणना द्वारा प्राप्त परिवर्तित सीमा पल्स का स्वत:सहसंबंध प्रक्षेपवक्र
चित्र 3. 0.6 एनजे की इनपुट पल्स ऊर्जा और 9 डब्ल्यू की पंप शक्ति के लिए जीएमए पल्स संपीड़न पर विभिन्न प्री-चिर का प्रभाव। परिणाम निम्नानुसार संक्षेपित हैं (ए) संपीड़ित पल्स पल्स चौड़ाई और विभिन्न प्री-चिरप्स के लिए स्ट्रेहल अनुपात। (बी) विभिन्न प्री-चिरप्स पर आउटपुट स्पेक्ट्रा। (सी) लाल वक्र: संपीड़ित नाड़ी का मापा गया ऑटोसहसंबंध प्रक्षेपवक्र, काला वक्र: वर्णक्रमीय गणना द्वारा प्राप्त परिवर्तित सीमा पल्स का स्वत:सहसंबंध प्रक्षेपवक्र।
टीम ने एसएलएएम तकनीक द्वारा सेलुलर और बाह्य कोशिकीय घटकों की एक साथ छवि बनाने के लिए आंतों के एडेनोकार्सिनोमा, फेफड़े के एडेनोकार्सिनोमा और यकृत ऊतकों सहित विभिन्न ऊतकों में ट्यूमर विकृति का अध्ययन करने के लिए इस अल्ट्राफास्ट प्रकाश स्रोत का उपयोग किया। आंतों के एडेनोकार्सिनोमा ऊतक की एक एसएलएएम छवि चित्र 4 में दिखाई गई है, जहां हरा एसएचजी को इंगित करता है, मैजेंटा टीएचजी को इंगित करता है, पीला 2पीईएफ को इंगित करता है, और नीला 3पीईएफ को इंगित करता है। एसएलएएम इमेजिंग पारंपरिक एच एंड ई-दाग वाली छवियों की तुलना में अधिक समृद्ध सेलुलर और ऊतक विवरण प्रदान कर सकती है, जो कर सकती है ट्यूमर और सामान्य ऊतकों दोनों में जैव घटकों के परिवर्तनों को समझने और कैंसर निदान और पूर्वानुमान के लिए बायोमार्कर की खोज करने में मदद करें।
छवि चित्र 4. (ए) आंतों के एडेनोकार्सिनोमा ऊतक की एसएचजी/टीएचजी/2पीईएफ/3पीईएफ इमेजिंग। रुचि के विभिन्न क्षेत्रों को (सी) - (ई) (सफेद धराशायी वर्ग) में बढ़ाया गया है। (बी) संगत एच एंड ई धुंधला छवियां। (सी) सामान्य आंतों के म्यूकोसल ऊतक की 2पीईएफ/3पीईएफ इमेजिंग। (डी) सामान्य आंतों के म्यूकोसल ऊतक की एसएचजी/टीएचजी इमेजिंग। (ई) अंतरालीय तंतुओं और वसा रिक्तिकाओं की एसएचजी इमेजिंग, लाल तीर: आंतों की ग्रंथि, नीला तीर: तहखाने की झिल्ली, हरा तीर: कप कोशिकाओं द्वारा स्रावित बलगम, सफेद तीर: मैक्रोफेज, पीला तीर: अंतरालीय फाइबर, बैंगनी तीर: वसा रिक्तिकाएं। स्केल बार: 200 μm
कुल मिलाकर, अनुसंधान टीम ने प्री-चिरप्ड और गेन डुअल-मैनेज्ड वाईबी-डोप्ड फाइबर लेजर के विकास के माध्यम से उच्च गुणवत्ता वाली अल्ट्राफास्ट पल्स जेनरेशन हासिल की, जिसे एसएलएएम इमेजिंग पर सफलतापूर्वक लागू किया गया, एक ऐसी तकनीक जो समृद्ध सेलुलर और ऊतक विवरण प्रदान कर सकती है। ऑन्कोपैथोलॉजी अध्ययन और कैंसर निदान में सहायता कर सकता है। इसके अलावा, अल्ट्राफास्ट प्रकाश स्रोत कॉम्पैक्ट और मजबूत है, जो इसे विभिन्न शारीरिक और रोग प्रक्रियाओं के त्वरित और व्यापक मूल्यांकन के लिए नैदानिक सेटिंग में उपयोग के लिए आदर्श बनाता है। इस अध्ययन के अभिनव परिणामों से कैंसर निदान, प्रभावकारिता मूल्यांकन और व्यक्तिगत उपचार के लिए अधिक सटीक और व्यापक जानकारी प्रदान करके चिकित्सा निदान और उपचार विज्ञान के क्षेत्र को आगे बढ़ाने की उम्मीद है। जैसे-जैसे प्रौद्योगिकी आगे बढ़ रही है और अनुकूलित हो रही है, भविष्य में एसएलएएम इमेजिंग के नैदानिक अभ्यास में अधिक महत्वपूर्ण भूमिका निभाने की उम्मीद है। इस उन्नति से जुड़े उपकरण और मुख्य उपकरण को राष्ट्रीय आविष्कार पेटेंट के लिए आवेदन किया गया है।
परिणाम ऑप्टिकल सोसाइटी ऑफ अमेरिका (10.1364/बीओई.506915) की पत्रिका बायोमेडिकल ऑप्टिक्स एक्सप्रेस के हालिया अंक में प्रकाशित हुए थे, और पेपर के पहले लेखक यूटिंग जिंग हैं, जो शोधकर्ता गुओकिंग चांग की देखरेख में डॉक्टरेट छात्र हैं।
इस कार्य को चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (अनुदान संख्या 92250307, 62227822, और 62175255) और चीनी विज्ञान अकादमी के महत्वपूर्ण उपकरण विकास कार्यक्रम (अनुदान संख्या YJKYYQ20190034) द्वारा समर्थित किया गया था। वुहान टोंगजी अस्पताल के शोधकर्ता गुओकिंग चांग और डॉ. याओबिंग चेन संबंधित लेखक थे, और पीएचडी छात्र रन्शी चेन, लिहाओ झांग, यांग लियू, झिनजई डियाओ और वुहान टोंगजी अस्पताल के शोधकर्ता शू झांग, प्रोफेसर यिशी शि और विश्वविद्यालय के शोधकर्ता झीयी वेई थे। चीनी विज्ञान अकादमी के अधिकारी भी इस कार्य के डिजाइन और चर्चा में शामिल थे।
