看聲光可調(diào)諧濾波器（AOTF）如何增強(qiáng)共聚焦顯微鏡的多功能性

聲光可調(diào)諧濾波器（AOTF）可以為共聚焦顯微鏡提供更加清晰的圖像、逐像素波長(zhǎng)的靈敏性以及精確的控制。Gooch & Housego（G&H）的生命科學(xué)部門副總裁Lars Sandstr?m探討了聲光可調(diào)諧濾波將來(lái)的技術(shù)發(fā)展，以及如何進(jìn)一步增強(qiáng)共聚焦顯微鏡在生命科學(xué)領(lǐng)域的多功能性。共聚焦顯微鏡，也稱為共聚焦激光掃描顯微鏡（CLSM），在生命科學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)應(yīng)用了數(shù)十年。從眼科到神經(jīng)科學(xué)，共聚焦顯微鏡支持拯救生命相關(guān)的診斷、治療和研究。如今，共聚焦顯微鏡的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用越來(lái)越依賴于聲光可調(diào)濾波器（AOTF）。AOTF技術(shù)在精確控制、靈敏性和速度方面均有提升，增強(qiáng)了共聚焦顯微鏡的多功能性，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了科學(xué)創(chuàng)新。隨著對(duì)更高圖像清晰度和靈活性的需求增加，AOTF解決方案可能會(huì)變得更加復(fù)雜，并需要特定的綜合專業(yè)技術(shù)和功能。

AOTF在共聚焦顯微鏡中的運(yùn)用與優(yōu)勢(shì)

聲光（AO）器件在共聚焦顯微鏡中有很多運(yùn)用。您可以在調(diào)制、功率控制、激光切換、激光耦合和分光中找到它們的身影。對(duì)于單個(gè)掃描頭來(lái)說(shuō)，例如徠卡顯微系統(tǒng)的STELLARIS 8，聲光器件被廣泛運(yùn)用于其中。在它們之中，AOTF更是明星產(chǎn)品，提供了多種優(yōu)勢(shì)，包括：

徠卡STELLARIS 8掃描頭

更清晰的圖像

檢查活體組織的一個(gè)挑戰(zhàn)是在標(biāo)本移動(dòng)或著分子變化/損壞之前，足夠快速地獲取多光譜數(shù)據(jù)。AOTF的多功能性允許分析活細(xì)胞，這意味著科學(xué)家們就可以完整而又準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)細(xì)胞過(guò)程，而這是基于 AOTF 系統(tǒng)所允許的快速光強(qiáng)與波長(zhǎng)切換功能。熒光漂白后恢復(fù)（FRAP）、熒光漂白損失（FLIP）和用戶定義的小標(biāo)本區(qū)域（感興趣的ROI區(qū)域）等技術(shù)已經(jīng)取得了很大進(jìn)展。

逐像素波長(zhǎng)和功率控制

顯微鏡專家可以保持高掃描速率，同時(shí)逐像素調(diào)整圖像。通過(guò)為每個(gè)波長(zhǎng)和激光分配不同的光強(qiáng)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同信號(hào)電平的平衡。AOTF的一個(gè)用途是選擇特定的激發(fā)波長(zhǎng)并設(shè)置白光激光器的功率。此外AOTF還可以與激光多路復(fù)用技術(shù)相結(jié)合。AOTF通過(guò)選擇系統(tǒng)中的激光源并控制其強(qiáng)度來(lái)控制波長(zhǎng)和光強(qiáng)。聲光效應(yīng)允許快速并精確地控制傳輸和波長(zhǎng)選擇。這樣AOTF就可用作激發(fā)光的濾波器，并且可以實(shí)現(xiàn)“動(dòng)態(tài)”調(diào)整。這與傳統(tǒng)的介質(zhì)帶通濾波器形成鮮明對(duì)比，任何調(diào)整都意味著需要購(gòu)買新的濾波器，并且顯微鏡中可以安裝的濾波器數(shù)量始終存在限制。

環(huán)境穩(wěn)定性

共聚焦系統(tǒng)中的AOTF實(shí)現(xiàn)了對(duì)多條激光線路進(jìn)行靈敏、快速的電子調(diào)諧和強(qiáng)度控制，消除了由溫度或濕度變化引起的任何潛在頻率漂移。而這些對(duì)于傳統(tǒng)濾波轉(zhuǎn)臺(tái)/輪的機(jī)械調(diào)諧方案很難實(shí)現(xiàn)。

AOTF技術(shù)與指標(biāo)

在AOTF中，射頻驅(qū)動(dòng)器輸出的頻率作用于壓電換能器（通常是鈮酸鋰），從而產(chǎn)生聲波并耦合到聲光材料中，如二氧化碲(TeO2)。這就產(chǎn)生了一個(gè)衍射光柵，其中晶體的折射率隨驅(qū)動(dòng)器提供頻率的變化而變化。當(dāng)相干光束穿過(guò)晶體時(shí)，只有一窄帶的頻率滿足相位匹配條件，并且以未衍射光束不同的角度離開(kāi)晶體，而這便形成了衍射光斑。晶體的幾何形狀對(duì)于獲得所需的性能至關(guān)重要。

大多數(shù)高端聲光器件都是按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格制造的，G&H是一家行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的專業(yè)公司，提供廣泛的聲光可調(diào)諧濾波器，覆蓋從紫外到中紅外的波長(zhǎng)，帶寬小于1nm。G&H的聲光可調(diào)諧系統(tǒng)包括電子控制、可配置驅(qū)動(dòng)器，以提高操作人員的靈活性和反饋穩(wěn)定系統(tǒng)。無(wú)論工作環(huán)境條件如何，均可以保持波長(zhǎng)的穩(wěn)定性。G&H還運(yùn)用了一項(xiàng)獲得專利的旁瓣抑制技術(shù)，以提高頻譜純度。

至關(guān)重要的是，G&H是唯一一家自己生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)二氧化碲(TeO2)晶體的光學(xué)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商。這有助于保持一致性和可靠性，從而產(chǎn)生更加一致和可重復(fù)的AOTF產(chǎn)品。這種在G&H的美國(guó)工廠(符合ITAR標(biāo)準(zhǔn))生長(zhǎng)，拋光和制造晶體的能力確保了在行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的地位。

下一代共聚焦顯微鏡的驅(qū)動(dòng)力

從OEM客戶和最終用戶對(duì)共聚焦顯微鏡發(fā)展方向的反饋表明，多功能性是一個(gè)關(guān)鍵的要求。對(duì)單一系統(tǒng)內(nèi)更大范圍可調(diào)諧波長(zhǎng)的需求正在增長(zhǎng)，提供靈敏性，以及更好的使用價(jià)值。G&H已經(jīng)可以提供單個(gè)濾波器可直接覆蓋400-2400 nm的范圍(而不是通常需要的三個(gè)濾波器)，并且在實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的靈敏性方面更進(jìn)一步。

溫度效應(yīng)的管理是另一個(gè)需要進(jìn)一步創(chuàng)新的領(lǐng)域。AOTF對(duì)溫度變化非常敏感。為了克服這個(gè)問(wèn)題，G&H驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)基于一個(gè)可以保持溫度的芯片，并且通過(guò)一個(gè)反饋系統(tǒng)調(diào)整輸出以保持溫度恒定，這個(gè)過(guò)程稱為波長(zhǎng)鎖定。該集成系統(tǒng)還包含晶體結(jié)構(gòu)、序列號(hào)等可訪問(wèn)信息。

為了最大限度地發(fā)揮AOTF系統(tǒng)的潛力及其對(duì)用戶的好處，G&H在顯微鏡系統(tǒng)制造商設(shè)計(jì)下一代顯微鏡之初就開(kāi)始與他們合作。這種協(xié)作方法使制造商能夠提高他們的顯微鏡和超連續(xù)源的性能。

總而言之，經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)證明了采用漸進(jìn)式而不是革命性的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)卓越的AOTF和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)制造和集成的優(yōu)勢(shì)。G&H將與顯微鏡行業(yè)攜手合作，不斷改進(jìn)AOTF技術(shù)，以跟上生命科學(xué)和生物光子學(xué)應(yīng)用的快速發(fā)展步伐。