개요
University of Washington에서 조기 암 발견 및 신경퇴행성 질환 진행 이해와 같은 응용 분야를 위한 화학 이미징 도구를 연구하는 연구자들은 이색 SRS(자극 라만 산란) 현미경을 사용합니다. 실험 설정에는 일반적으로 실시간 이색 SRS 이미징 또는 두 개의 넓은 간격의 라만 전이의 동시 이미징을 위한 여러 개의 복잡한 고성능 장비가 포함됩니다. Moku:Pro 락인 증폭기 및 다중 기구 모드를 사용하면 이제 하나의 소형 다중 채널 장치로 다양한 실험을 수행하고 저강도 SRS 신호를 추출할 수 있습니다.
난제
SRS는 스펙트럼 및 공간 정보를 모두 사용하여 화학적 이미징을 허용하는 일관된 라만 산란 프로세스입니다. 일반적인 설정에서는 두 개의 동기화된 펄스 레이저, 즉 펌프와 스톡스(그림 1)를 사용하여 분자의 진동을 일관되게 자극합니다. 잡음이 많은 배경에서 매우 작은 SRS 신호를 추출하려면 고주파 변조 및 위상 감지 감지 방식이 필요합니다.
그림 1: SRS로 인한 스톡스의 펌프 빔으로의 진폭 변조 전달이 감지됩니다. 시연된 펌프 빔의 반복률은 80MHz이고 스톡스 빔의 반복률은 동일하지만 80MHz이지만 20MHz로 변조됩니다. Δ펌프는 이 검출 방식으로 추출됩니다.
실시간 2색 SRS 이미징으로 실험을 수행하려면 연구자는 직교 변조를 적용하고 동위상 및 직교 신호 구성 요소를 모두 감지해야 합니다.
"대부분의 SRS 현미경 실험에서 스펙트럼 범위는 레이저의 총 대역폭 제한으로 인해 약 300cm-1로 제한됩니다"라고 워싱턴 대학 화학과 조교수인 Dan Fu 박사는 말했습니다. "이를 우회하는 한 가지 접근 방식은 조정 가능한 레이저로 파장을 스캔하는 것입니다. 그러나 이는 속도가 느리고 라이브 셀 이미징과 같이 시간에 민감한 실험에는 충분하지 않은 경우가 많습니다."
이러한 한계를 극복하기 위해 워싱턴 대학의 연구원들은 세 번째 레이저 빔을 사용하여 두 개의 넓은 간격의 스펙트럼 영역, 예를 들어 지문 영역(예: 아미드 진동의 경우 ~1600cm-1)과 CH 영역의 동시 이미징을 가능하게 합니다. (예: 단백질의 경우 ~2900cm-1) 그러나 이는 실험 설정 공간과 복잡성을 증가시킵니다.
그림 2: 넓은 간격으로 떨어진 라만 전환에서 Moku:Pro 다중 기기 모드 설정을 사용하여 촬영한 HeLa 셀 SRS 이미지.
해법
고품질 잠금 증폭기는 변조 전달 감지 방식을 사용하는 SRS 현미경 실험에서 중요한 하드웨어 구성 요소입니다. Moku:Pro의 락인 증폭기는 SRS 현미경 실험에서 자가 헤테로다인 신호 감지를 위한 직관적이고 정확하며 강력한 솔루션을 제공합니다. 사용자 인터페이스를 통해 저강도 SRS 신호 추출을 위한 직관적이고 강력한 제어가 가능합니다.
그림 3: 일반적인 단일 채널 구성 설정을 사용한 Moku:Pro 락인 증폭기.
Moku:Pro 락인 증폭기는 실험에 최적화된 위상 변이, 로우 패스 필터 및 게인 설정으로 구성됩니다. 내장된 프로브 포인트는 설정이 조정됨에 따라 실시간 모니터링에 사용됩니다. X 및 Y 출력 모두 듀얼 채널 이미징에 사용할 수 있습니다.
３개의 레이저의 경우 Moku:Pro 다중 기구 모드는 ２개의 락인 증폭기로 구성될 수 있어 시스템을 손상 없이 하나의 장치로 단순화할 수 있습니다. 이를 통해 연구자들은 하나의 Moku:Pro를 활용하여 두 개의 포토다이오드 검출기 신호를 처리하여 파수 차이가 큰 두 개의 SRS 이미지를 동시에 촬영할 수 있습니다.
그림 4: 다중 채널 락인 증폭기 구성을 갖춘 Moku:Pro의 다중 기구 모드.
동시 SRS 현미경 실험을 위한 4개의 락인 증폭기가 있는 다중 기구 모드 구성은 그림 1에 나와 있습니다. 슬롯 1의 락인 증폭기의 경우 입력 In 2은 첫 번째 포토다이오드에서 감지된 신호이고 In 1는 기준입니다. , Out 3은 외부 데이터 수집 카드로 전송되는 신호이고 Out 2은 폐기됩니다. 슬롯 3의 락인 증폭기의 경우 In 2은 두 번째 포토다이오드의 감지된 신호이고 In 2는 다시 한 번 기준이며 Out 4는 외부 데이터 수집 카드로 전송된 신호이며 Out 1는 폐기됩니다. 감지된 각 신호(Out 2 및 Out 3)는 데이터 수집 카드로 전송되기 전에 개별 위상 편이를 조정하여 최대화됩니다. 이 예의 슬롯 4과 4 는 오실로스코프로 구성되어 있지만 다른 Moku:Pro 장비로 교체할 수 있습니다. 
그림 5: ３개의 입력 채널과 ３２개의 출력 채널을 사용하는 ２개의 락인 증폭기로 구성된 다중 기구 모드의 Moku:Pro.
결과
Moku:Pro의 락인 증폭기는 다양한 SRS 현미경 실험을 위한 탁월한 솔루션을 제공합니다. Fu 박사는 “사용자 인터페이스를 통해 저강도 SRS 신호 추출을 위한 직관적이고 강력한 제어가 가능하며 Moku:Pro의 다중 기구 모드를 통해 소형 시스템에서 복잡한 이미징 실험이 가능합니다.”라고 말했습니다. 일반적인 단일 채널 SRS 이미징부터 이중 채널 이미징, 다중 장비 이미징까지 워싱턴 대학의 연구자들은 타협 없이 실험 설정을 단순화할 수 있었습니다.
