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1、太赫兹相干反斯托克斯拉曼散射(THz-CARS)显微镜太赫兹振动模式被认为存在于生物大分子中，对阐明其相应的生物功能具有重要的意义。然 而，在THz区域缺乏一种可靠的高分辨率振动成像方法，要观察这些生物大分子的低频振动 模式，尤其是在生物组织中，非常具有挑战。所以，振动光谱成像在生物医学研究中具有重 要的应用价值。然而，因目前尚未有方法同时具有足够的灵敏度和高空间分辨率，振动成像 在太赫兹区域( 300cm 1)生物相关条件下目前是不可用的。Excitation Pulse After ULPFLow-Lying vioraiionai ivfoaes近日，来自以色列的研究人员研制了一种具有高
2、灵敏度和高空间分辨率的太赫兹相干反斯托 克斯拉曼散射(THz -CARS)显微镜，该显微镜利用相应组分的低频聚焦模式对生物组织进行化 学选择性成像，填补了现有的THz区域的振动成像空白，可用于观察胶原蛋白和非胶原蛋白 等生物大分子，该方法在生物医学研究中可能会有更广泛的应用。GalvanometerPMT TTHz-CARS显微镜工作原理图采用钛-蓝宝石激光器(80MHz重复频率，20fs脉宽，0.2 nJ/pulse), THZ-CARS信号、SHG 信号、FWM信号和TPEF信号分别由相应的PMT-C、PMT-S、PMT-F和PMT-T光电倍增管采 集。作为一种重要且丰富的结构蛋白，胶原蛋
3、白广泛存在于许多生物组织中，如肌腱，皮肤，牙齿和骨骼。研究团队对胶原蛋白（collagen, C）和羟基磷灰石（Hydroxyapatite, HA）进行了 测量。notch ATMJrtmNotch jrf 730nmKoteh at 7H0.1nm-Notch st 7B0 JnmRaman Shift cm1图（a）显示了在具有白光的偏光显微镜下骨性骨的概况；图（b）选择150p mX190p m 的感兴趣区域（ROI）来执行THZ-CARS测量；图（c）显示了两个不同像素的原始测量THz-CARS 光谱，图（d）显示了相应的THz-CARS分辨拉曼光谱。空间分辨率：1p m,比例尺：2
4、0p m。基于这些测量，研究团队证明了该技术能够区分骨骼中的胶原蛋白和HA。从图（e）可以看 出HA在薄片或间隙薄片周围的强烈反应，从图（f），可以观察到反映骨内胶原蛋白的亮点。 图（g）的FWM图像提供了用于理解骨结构的参考信息，胶原蛋白也可以在图（h）SHG图 像中识别出来。此外，可以基于THz-CARS图像识别细胞水平的骨结构，包括腔隙内的各种形状和大小的骨 细胞，腔隙周围的小管，骨内的薄片和两个骨之间的间质薄片。研究团队呈现的THz-CARS显微镜提供了生物组织的光谱，在低频区域具有前所未有的细节， 并且显示出对生物大分子（如胶原蛋白和HA）振动成像的强大能力。从技术角度来看，使 用更快的扫描电流计可以进一步加快成像速度，如使用更好的陷波滤波器可以将光谱分辨率 提高到远低于10 cm-1这些滤波器现在已经商业化。相信该研究将为体内结构和功能的振 动成像和太赫兹光谱学研究打开一扇新窗口。
