Multiphoton and non-linear Raman microscopy through a multimode fibre - Pikálek, Tomáš (Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, 2024)
Multimodová vlákna je možné využít jako miniaturní endoskopy pro zobrazování hluboko uvnitř mozku myších zvířecích modelů s minimálním poškozením okolní tkáně. S využitím metod tvarování vlnoplochy je možné svazek vystupující z vlákna fokusovat do jediného bodu, a vytvořit tak miniaturní skenovací mikroskop. Různé mikroskopické zobrazovací metody již byly tímto způsobem implementovány, a to včetně několika in-vivo demonstrací. Tato práce se zabývá implementací zobrazování pomocí koherentního anti-Stokesova Ramanova rozptylu (CARS), nelineární metody umožňující zobrazování s chemickým kontrastem bez značení vzorku. Tato metoda má potenciální využití pro klinické aplikace například při diagnóze nádorů. Práce je zaměřena zejména na optimalizaci endoskopu a vláknových sond pro fokusaci světla z pulzních laserů včetně kontroly disperze s cílem umožnit nelineární zobrazování. Takto optimalizovaný systém je následně využit pro demonstraci zobrazování metodou CARS uvnitř tkáně (například lipidové dvojvrstvy buněčných membrán kolem axonů) a chemického kontrastu na polymerových kuličkách. Systém je též použit k demonstraci multimodálního zobrazování fixované myší tkáně kombinací CARS a dvoufotonové mikroskopie.

Multimode fibres have recently shown promise as miniature endoscopic probes for imaging deep inside brain tissue of mouse animal models with minimal damage. By employing wavefront shaping, the speckle pattern associated with coherent light propagation through a multimode fibre can be transformed into a tightly focused point, essentially turning the fibre into a miniature point-scanning device. Many microscopic techniques have been successfully implemented through a multimode fibre, and even in-vivo imaging has been demonstrated. This work extends the capabilities to label-free non-linear microscopy with chemical contrast using coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS), which can potentially extend the use of multimode fibre endoscopes to clinical applications for, for example, tumour diagnosis. The main focus is the optimisations of the endoscopic system and the fibre probe to allow efficient focusing of pulsed light through multimode fibres, including dispersion control and thus allowing implementation of non-linear imaging techniques. The optimised setup is then employed to demonstrate CARS imaging of biologically relevant tissue, such as myelinated axons in a mouse brain, and chemical selectivity is verified by imaging polymer beads. In addition, multimodal CARS and two-photon excitation fluorescence (TPEF) imaging of fixed mouse tissue is demonstrated.
Multiphoton and non-linear Raman microscopy through a multimode fibre
Keywords: zobrazování multimodovým vláknem; endoskopie; nelineární mikroskopie; dvoufotonová mikroskopie; koherentní anti-Stokesův Ramanův rozptyl; multimode fibre imaging; endoscopy; non-linear microscopy; two-photon excitation fluorescence (TPEF); coherent anti-Stokes Raman spectroscopy (CARS)