La microscopia a diffusione Raman stimolata (SRS) è una tecnica di imaging spettroscopico vibrazionale ottico ed è emersa come un attraente strumento di imaging senza etichetta per l’imaging e la caratterizzazione di tessuti e cellule con elevata specificità biochimica. Tuttavia, i fasci di eccitazione gaussiani strettamente focalizzati utilizzati nella microscopia a diffusione Raman convenzionale sono soggetti a un forte effetto di diffusione della luce che degrada il profilo del fascio durante la propagazione in mezzi torbidi a causa di indici di rifrazione disomogenei nel tessuto, con conseguente risoluzione spaziale deteriorata e penetrazione della luce limitata Sull’imaging volumetrico dei tessuti profondi. L’uso di raggi Bessel non diffrattivi è emerso come un’alternativa promettente per migliorare la profondità di penetrazione per l’imaging di profondità 3D, ma la scansione raster utilizzando raggi Bessel può fornire solo immagini di proiezione scattering Raman 2D del campione e quindi le informazioni sulla profondità vengono perse. Inoltre, l’attuale tecnologia di tomografia SRS basata su fascio Bessel si basa su tecniche di moltiplicazione ottica o di proiezione ottica per codificare spazialmente le informazioni di profondità con acquisizioni multiple di immagini grezze, che possono soffrire di artefatti di movimento del campione.

In un nuovo articolo pubblicato sulla rivista Light Science & Application, un team di scienziati, guidato dal professor Zhiwei Huang del Laboratorio di Bioimaging Ottico del Dipartimento di Ingegneria Biomedica, Scuola di Design e Ingegneria, Università Nazionale di Singapore, ha sviluppato un nuovo Scattering Raman stimolato con proiettile ottico di Bessel Analizzato in base al tempo di volo (B²– Imaging microscopico SRS 3D dei tessuti profondi con elevata risoluzione spaziale. Hanno ideato schemi di controllo della dispersione angolare unici che trasformano simultaneamente sia gli impulsi della pompa che i raggi Stokes in proiettili ottici ultra lenti di tipo Bessel (velocità di gruppo (v_C) ~0.1c) può essere regolato indipendentemente in vg utilizzando un singolo modificatore di luce spaziale. Ancora più sorprendente è che ciò fa sì che la pompa ultra-lenta e i proiettili leggeri di Stokes Bessel si propaghino in modo opposto lungo la direzione assiale (cioè pompa: v_{C, B}g,S>0) nel campione; Pertanto, il segnale SRS risolto in profondità può essere rilevato istantaneamente controllando la profondità in cui i due proiettili ottici Bessel si incontrano all’interno del campione manipolando il loro tempo di volo relativo senza la necessità di scansione z meccanica. La suddetta tecnologia avrà ampie applicazioni per l’imaging chimico 3D dei tessuti profondi senza etichetta nei sistemi biologici e biomedici e oltre. Questi scienziati riassumono il principio di funzionamento di B²-Microscopio SRS:

“Abbiamo proposto un nuovo schema di controllo della dispersione angolare utilizzando l’asse e un SLM regolato circolarmente simmetricamente lungo l’asse ottico, consentendo la creazione di proiettili luminosi Bessel multicolori paralleli senza aberrazioni per il bioimaging ad alta risoluzione”.

“Unico B²– La tecnologia SRS misura l’interazione tra due impulsi luminosi a velocità diverse attraverso processi ottici non lineari e le informazioni sulla profondità alla quale avviene l’interazione non lineare possono essere controllate dalla loro velocità relativa o dal tempo relativo di volo per il rilevamento semplicemente utilizzando un normale fotorivelatore. Se la velocità del gruppo è v_C“Con una velocità della luce di ~0,1c e una larghezza di impulso di ~100 fs, la precisione delle tecniche basate sul tempo di volo dovrebbe essere migliorata di almeno tre ordini di grandezza, fino a un micrometro di lunghezza, rispetto a la precisione su scala millimetrica del rilevamento e della misurazione della luce convenzionali (LiDAR)”, hanno aggiunto “.

“Un metodo di segmentazione ottica che utilizza la generazione di proiettili leggeri Bessel ultralenti a contropropagazione combinati con il rilevamento della velocità relativa è stato inventato in B.²-La tecnologia SRS è universale e può essere facilmente applicata a molti altri metodi di imaging ottico non lineare per realizzare progressi significativi nell’imaging microscopico 3D nei sistemi biologici e biomedici e oltre. La nostra tecnica fornisce anche nuove intuizioni sulla caratterizzazione di diversi pacchetti d’onda spazio-temporali dinamici in quattro dimensioni (cioè, inclusi sia spaziale che temporale) con risoluzione spazio-temporale e informazioni spettrali senza precedenti. “Come si aspettano gli scienziati.