研究目的
使用快速偏振分辨二次谐波显微镜监测生物组织(特别是离体小鼠皮肤真皮)在机械拉伸过程中胶原网络的动态重组。
研究成果
快速P-SHG显微镜能够对动态样本中的胶原重排进行精确监测和量化,显示出熵值随拉伸比增加呈线性下降。这为研究微观尺度的生物力学特性提供了一种可靠方法,在各类组织和生理过程中具有潜在应用价值。
研究不足
采集时间相对较长(完整图像需150秒),可能无法捕捉极快的组织形变。该方法依赖足够的二次谐波信号强度,在某些组织或深度因散射效应可能导致信号较弱。由于显微镜组件的偏振畸变,必须进行校准。残余椭圆率和样本异质性会影响测量精度。
1:实验设计与方法选择:
采用定制立式激光扫描显微镜进行多光子成像。通过电光调制器(EOM)实现快速偏振分辨二次谐波成像(P-SHG),其与扫描同步的逐行偏振切换。校准过程确保偏振态精确性。
2:样本选择与数据来源:
使用八只野生型小鼠(129sv品系)离体皮肤真皮组织。样本经脱毛、表皮去除后切割为哑铃形以进行单轴拉伸加载。
3:实验设备与材料清单:
飞秒激光器(Mai-Tai,Spectra-Physics)、水浸物镜(20×,0.95数值孔径,Olympus)、光子计数光电倍增管(P25PC,Electron Tubes)、电光调制器(M350-210-02,Conoptics)、半波片(ACWP-700-1000-06-2,CVI)、四分之一波片(ACWP-700-1000-06-4,CVI)、快速电源(302A,Conoptics)、定制单轴牵引装置、浸没凝胶(Lacrygel,Europhta)。
4:95数值孔径,Olympus)、光子计数光电倍增管(P25PC,Electron Tubes)、电光调制器(M350-210-02,Conoptics)、半波片(ACWP-700-1000-06-2,CVI)、四分之一波片(ACWP-700-1000-06-4,CVI)、快速电源(302A,Conoptics)、定制单轴牵引装置、浸没凝胶(Lacrygel,Europhta)。 实验流程与操作规范:
4. 实验流程与操作规范:以缓慢应变率(2微米/秒)拉伸皮肤样本并同步测量受力。每个拉伸比例步进(0.05增量)下采用18个入射偏振角(0-170°每10°间隔)进行P-SHG成像。以100kHz像素速率采集图像堆栈(375×375×50微米3)。
5:05增量)下采用18个入射偏振角(0-170°每10°间隔)进行P-SHG成像。以100kHz像素速率采集图像堆栈(375×375×50微米3)。 数据分析方法:
5. 数据分析方法:基于P-SHG数据通过FFT算法逐像素确定胶原取向。计算取向分布熵值并与拉伸比例作图。采用线性拟合量化重排程度,同时应用形态学滤波进行对比分析。
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获取完整内容-
femtosecond laser
Mai-Tai
Spectra-Physics
Provides excitation for multiphoton imaging at 860 nm wavelength.
-
objective lens
20×, 0.95 NA
Olympus
Focuses the laser beam onto the sample for imaging.
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photon-counting photomultiplier tube
P25PC
Electron Tubes
Detects multiphoton signals in epi-detection geometry.
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electro-optical modulator
M350-210-02
Conoptics
Achieves fast rotation of incident linear polarization for P-SHG imaging.
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half-waveplate
ACWP-700-1000-06-2
CVI
Sets incident polarization at 45° from EOM axis.
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quarter-waveplate
ACWP-700-1000-06-4
CVI
Compensates for ellipticity introduced by microscope components.
-
fast power supply
302A
Conoptics
Powers the EOM for fast polarization switching.
-
immersion gel
Lacrygel
Europhta
Ensures optical contact with the objective lens and prevents skin dehydration.
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