Novo método de excitação de espalhamento Raman estimulado atinge linhas espectrais com limite de largura de linha natural
(a) Esquema e (b) configuração de espectroscopia de espalhamento Raman estimulado por transiente (T-SRS). Crédito:Qiaozhi Yu, Zhengjian Yao, Jiaqi Zhou, Wenhao Yu, Chenjie Zhuang, Yafeng Qi e Hanqing Xiong O espalhamento Raman estimulado (SRS) foi desenvolvido como um contraste quantitativo essencial para imagens químicas nos últimos anos. No entanto, a resolução espectral das principais modalidades SRS é sempre inferior à do sistema Raman espontâneo de última geração.
Este problema surge da estratégia de excitação:as modalidades SRS mais utilizadas são todas excitadas no domínio da frequência. Eles precisam chegar a um acordo entre a sensibilidade de detecção e a resolução espectral:como o processo não linear se beneficia de excitações pulsadas, a incerteza fundamental tempo-energia limita a resolução espectral.
Em um novo artigo publicado em Light:Science &Applications Hanqing Xiong, do National Biomedical Imaging Center, College of Future Technology da Universidade de Pequim (Pequim, China) relatou um novo método chamado espalhamento Raman estimulado transitório (TSRS).
A equipe manipulou a interferência de pacotes de ondas vibracionais no domínio do tempo por trens de pulso de laser de femtossegundos de banda larga e finalmente alcançou espectros Raman com limite de largura de linha natural com sensibilidade sub-mM de maneira espectroscópica de Fourier. Além disso, a imagem hiperespectral TSRS de células Hela vivas foi realizada de forma abrangente na região da impressão digital Raman, na região de silêncio celular e na popular região de alongamento CH.
Para mostrar a vantagem da resolução espectral com limite de largura de linha natural, a equipe também construiu preliminarmente um conjunto de sondas Raman de alta densidade com intervalos de modo Raman de até 12 cm
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e demonstrou ainda sua imagem de código de barras correspondente. O artigo foi publicado sob o título de "Espectroscopia e imagem de dispersão Raman estimulada por transiente".
Imagem sem rótulo de (a) proteínas e (b) lipídios de células vivas. Esses dois canais não são misturados dos dados hiperespectrais gerais com o método de decomposição linear padrão. (c) Espectros T-SRS típicos de proteínas (região 1 em (a), curva vermelha) e lipídios (região 2 em (b), curva verde). (d) Imagem típica de T-SRS de células Hela normais e (e) células Hela cultivadas com ácido araquidônico (AA) 50 µM em [1570 cm
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, 1700cm
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] faixa. (f) mostra os espectros das regiões marcadas em (d) e (e), respectivamente. A curva tracejada vermelha é o espectro Raman do modo de alongamento C=C de AA puro. (g) Referência do canal de proteína e (h) A banda de estiramento CD de células marcadas com ácido palmítico d31. (i) Espectro T-SRS da estrutura marcada em (h). Barra de escala:10 μm para (a), (b), (d) e (e); 5 μm para (g) e (h). Crédito:Qiaozhi Yu, Zhengjian Yao, Jiaqi Zhou, Wenhao Yu, Chenjie Zhuang, Yafeng Qi e Hanqing Xiong
(a) Sete sondas de moléculas pequenas e seus espectros T-SRS correspondentes na banda de ligação tripla. O painel superior mostra o espectro separado de cada sonda, o painel inferior mostra o espectro global da solução com sete sondas misturadas. (b) Sinal das esferas de PMMA codificadas em cada canal de sonda. (c) Espectros de esferas de PMMA codificadas típicas na banda de ligação tripla marcada em (b). Barra de escala em (b):10 μm. Crédito:Qiaozhi Yu, Zhengjian Yao, Jiaqi Zhou, Wenhao Yu, Chenjie Zhuang, Yafeng Qi e Hanqing Xiong
As técnicas SRS no domínio do tempo podem ter origem na década de 1980, o que na verdade não é novidade. No entanto, as técnicas anteriores de SRS no domínio do tempo não podem fornecer uma sensibilidade comparável aos métodos amplamente utilizados no domínio da frequência. Do ponto de vista dos autores, a diferença entre a técnica TSRS e outros métodos SRS existentes no domínio do tempo é o uso da perda Raman estimulada (SRL) como sinal.
O SRL tem uma relação linear com a concentração molecular e a seção transversal Raman, e pode ser detectado pelo método clássico de detecção heteródina para obter a mesma sensibilidade limitada por ruído de disparo que os métodos no domínio da frequência. Para construir um sinal SRL no domínio do tempo, os autores abandonaram a popular estratégia de excitação da sonda de bomba.
Em vez disso, eles geraram interferência de pacotes de ondas vibracionais por duas excitações impulsivas idênticas e sucessivas com atraso de tempo controlado. A interferência induz modulações no sinal SRL. Uma transformada de Fourier do traço do sinal SRL modulado permite linhas espectrais com limite de largura de linha natural.
"A faixa espectral da imagem T-SRS é determinada apenas pelas larguras de banda dos pulsos de laser. As larguras de banda dos nossos pulsos de laser de excitação só podem suportar uma faixa espectral de ~124 cm
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. Estamos construindo um sistema de laser com pulsos muito mais curtos para TSRS, que pode fornecer espectros de SRS de gama completa semelhantes ao sistema Raman espontâneo de última geração", disse o Dr. Xiong.
