This work was supported in part by the National Institutes of Health (P41-EB015903, R21EY023043, K25EB015885), National Science of Foundation (CBET-0853773) and Human Frontier Science Program (Young Investigator Grant).

Not: Brillouin spektral analizi tek boyuna mod lazer (~ numune 10 mW) gerektirir. Amaçları hizalanması için, bu lazer ışınının (&lt;0.1 mW) bir kuvvetle zayıflatılmış bir kısmını kullanır. 1. İlk Fiber Kurulum ve EMCCD (Elektron çarpınız Charge Coupled Device) Kamera <ol><li> Bir optik masaya spektrometre için yaklaşık 1.600 mm boş hizalama alanı belirleyin. </li><li> Ücretsiz hizalama alanı sonunda EMCCD kamera monte edin. <ol><li> Mesajlarý kamerayı bağlamak için ayar vidalarını kullanın. Istenen optik eksen yüksekliğinde sonrası tutuculara mesajları sıkın. Masa kelepçeler kullanılarak optik masanın üzerine yazılan sahipleri sıkın. </li></ol></li><li> EMCCD Kamerayı açın. Kamera doygunluk önlemek için dikkatli olun. <ol><li> Laboratuar bilgisayarda kamera yazılımı yükleyin ve fotoğraf makinesini bilgisayara bağlayın. </li><li> Kazanç devre dışı bırakın ve düşük entegrasyon süresi (~ 0.01 sn) ayarlayın. EMCCD görüntüleri elde başlayın. Kamera görüntüyü gözlemleyinBilgisayar ekranında s. </li></ol></li><li> Kamera önünde 1600 mm ilgili lif kolimatör monte edin. <ol><li> Lif kolimatör adaptörü elyaf kolimatör yerleştirin. </li><li> Bir yazı üzerine montaj adaptörü. Optik eksen (kamera yükseklik) yaklaşık yükseklikte bir post tutucu içine yazı sıkın. Masa kelepçeler kullanılarak optik masanın üzerine yazılan tutucu sıkın. </li></ol></li><li> Optik eksen boyunca çıkış ışınını aynı hizaya getirin. <ol><li> Bir mesaja standart iris bağlamak için bir ayar vidasını kullanın. Sonrası tutucu içine yazı sıkın. </li><li> Lif kolimatör (&lt;50 mm) önünde iris yerleştirin. Işınına iris yüksekliğini ayarlayın. Kameraya doğrudan işaret etmelidir istenen optik eksen boyunca iris, hareket ettirin. </li><li> Kamera Doymuş eğer lazer çıkışı sonrasında doğrudan bir optik yoğunluk filtresi takın. Optik eksen boyunca ışın hizalamak için monte fiber kolimatör ayar vidalarını kullanın. Bu elde edilir,kiriş temiz tüm ışın yolu boyunca iris geçecek. </li></ol></li><li> Kamera önünde bir eşleştirilmiş akromatik objektif çifti (f = 30 mm) monte edin. </li></ol> Spektrometre 2. Yatay Sahne <ol><li> Yatay maske takın. <ol><li> Bir yazı üzerine yatay maske takmak için ayar vidalarını kullanın. Sonrası tutucu içine yazı sıkın. Maske ve ışın yolunun dışına yatay kaymasına izin veren bir öteleme sahneye yazılan tutucu monte edin. (Şekil 1) </li><li> Maske akromatik objektif çiftinin odak uzaklığı (f = 30 mm) CCD kamera üzerine keskin görüntülü şekilde optik masa üzerinde translasyonel sahne sıkmak için kapak vidaları kullanın. </li></ol></li><li> Dağı ve küresel lensi S1 (f = 200 mm), yatay maske önünde 600 mm hizalayın. <ol><li> Sonrası tutucu üzerine S1 monte ayar vidalarını kullanın. Sonrası tutucu içine yazı sıkın. </li><li> 1.5.1 de tarif edildiği gibi, iki süsen monte edin. Placi önceng S1 ışın yolu, önce bir iris ve istenilen S1 pozisyon sonra bir iris (yatay maske önünde 600 mm) yerleştirin. Kiriş temiz her ikisi geçer şekilde süsen yüksekliğini ayarlayın. </li><li> S1 yatay maske önünde 600 mm (Şekil 1) yerleştirin. Hem kadar yükseklik ve S1 açısını ayarlayın, lens ve dışarı-gelen ışının kapalı arka yansıması, temiz süsen geçer. Masa kelepçeler kullanarak optik masa üzerine S1 tutan yazılan tutucu sıkın. </li></ol></li><li> Küresel lensin odak düzlemi Mount VIPA2 (S1 önünde 200 mm). <ol><li> Tutucu ile verilen vidaları kullanarak bir yazı üzerine VIPA tutucu monte edin. Sonrası tutucu içine yazı sıkın. Yatay çeviri sahneye yazılan tutucu sıkın. (Şekil 1) </li><li> Dikey olarak yönlendirilmiş giriş açıklığının VIPA tutucu dikkatlice VIPA2 yerleştirin. (Şekil 1) </li><li> Pozisyon o ince ayarlamaf VIPA S1 odak düzleminde tam olarak monte edilir. (Beyaz kart ile ışın bel izleyerek kontrol edin.) </li><li> Öteleme aşamada serbestlik derecesi kullanılarak kiriş dışına optik masa ve slayt VIPA2 üzerine translasyonel sahne sıkmak için kapak vidaları kullanın. </li></ol></li><li> Dağı ve küresel lensi S2 (f = 200 mm) VIPA sonra 200 mm ve yatay maske önünde 200 mm hizalayın. 2.2.1-2.2.3 açıklanan prosedürü uygulayın. Bunun yerine, optik masaya sonrası tutucu bağlama, optik eksen boyunca yönlendirilmiş özgürlük derecesine sahip bir öteleme sahneye monte edin. (Şekil 1) Optik masanın üzerine translasyonel sahne sıkmak için kapak vidaları kullanın. </li><li> Işın yoluna VIPA2 giriş kaydırmak için yatay öteleme sahne (2.3.4) kullanın. Kamera görüntüsünde dikey çizgiler dikkat edin. <ol><li> Kamera görüntüsünde dikey çizgiler görünür kadar 2.4 monte translasyonel sahne kullanarak S2 İnce ayarlamakkeskin. </li></ol></li><li> VIPA sahibinin özgürlük yatay-tilt derecesi ve translasyonel sahne ile spektrum ayarlayın. Etalon içine ayarlamak için ışının giriş pozisyonunu özgürlüğü yatay-çeviri derecesini kullanın. Etalon içine ayarlamak için kirişin giriş açısını özgürlüğü yatay-tilt derecesini kullanın. </li><li> Incelik ve verimi ölçün. <ol><li> Sol üst köşedeki &quot;satın alma kurulumu&quot; tıklayıp seçeneği kamera yazılımı &quot;görüntü çekmek&quot; seçerek alternatif F5 tuşuna basarak veya bir görüntü almak. </li><li> Sağ resmin üzerine tıklayınız ve seçenek &quot;hat komplo&quot; seçiniz. Bir çizgi arsa üretmek için resmi yatay imleci sürükleyin. Oluşturulan çizgi arsa gözlemlemek için imleci bırakın. </li><li> Incelik ölçmek için hat arsa kullanın. Yarım maksimum (FWHM) onların tam genişliğinde iki tepe arasındaki mesafeyi bölün. &gt; 30 hedefleyin. </li><li> Measurin tarafından verimini belirlemekg hemen öncesi ve sonrasında VIPA2 bir güç ölçer güç. &gt;% 50 hedefleyin. </li><li> Dinle VIPA tutucu (2.6) üzerine serbestlik derecesi ile etalon içine ışının giriş açısı ve ticaret-off incelik ve hacmi arasında gözlemleyin. </li></ol></li><li> Incelik ve verimlilik tatmin edici değilse geri dönün ve hizalama ince ayarlayın. Emin VIPA2 S1 odak düzlemi içindedir. Yineleyin 2.3.3 -2.7 adımları. </li></ol> Spektrometre 3. Dikey Sahne <ol><li> VIPA (VIPA2) kaydırın, translasyonel sahne (2.3.4) kullanılarak kiriş dışına, part 2 hizalanmış. 1 görüntüleme sistemi: spektrometresi yatay aşaması artık 1 olarak davranacaktır. </li><li> Dikey maske takın. <ol><li> Bir yazı üzerine dikey maske takmak için ayar vidalarını kullanın. Bir dik açı sonrası kelepçe adaptörü içine bir yazı sıkın. Dik açı adaptörü içine ikinci bir yazı sıkın ve sonrası tutucu içine koydu. Dikey öteleme sahne, allowi üzerine yazılan tutucu monteMaskeyi ng ve ışın yolunun dışına dikey kaydırmak için. (Şekil 1) </li><li> Kullanım kapak vidaları dikey maske EMCCD kamera üzerine keskin S1 önünde 200 mm görüntülü şekilde optik masanın üzerine dikey öteleme sahne sıkın. </li></ol></li><li> Dağı silindirik lens C1 (f = 200 mm), dikey maske önünde 600 mm hizalayın ve. <ol><li> Bir yazı üzerine silindirik lens tutucusu vidalayın. Sonrası tutucu içine yazı sıkın. Dikkatlice mercek tutucunun içine C1 yerleştirin ve yerine bunu düzeltmek için vidaları sıkın. </li><li> 1.5.1 de tarif edildiği gibi, iki süsen monte edin. Işın yolu C1 yerleştirmeden önce, önce bir iris ve istenilen S1 pozisyon sonra bir iris (dikey maske önünde 600 mm) yerleştirin. Kiriş temiz her ikisi geçer şekilde süsen yüksekliğini ayarlayın. </li><li> Talep C1 dikey maskesinin ön 600 mm (Şekil 1). Dikkatle yüksekliği, tilt ve C1 lateral pozisyon kadar ayarlayınhem objektif ve dışarı çıkan ışının kapalı arka yansıması, süsen üzerine ortalanır. Masa kelepçeler kullanılarak optik masanın üzerine yazılan tutucu tutma C1 sıkın. </li></ol></li><li> Silindirik lensin odak düzlemi Mount VIPA1 (C1 önünde 200 mm). <ol><li> Tutucu ile sağlanan vidayı kullanarak bir yazı üzerine VIPA tutucu monte edin. Sonrası tutucu içine yazı sıkın. Dikey çeviri sahneye yazılan tutucu sıkın. (Şekil 1) </li><li> Yatay yönelimli giriş açıklığının VIPA tutucu içine dikkatlice VIPA1 yerleştirin. (Şekil 1) </li><li> VIPA pozisyonu C1 odak düzleminde tam VIPA1 yerleştirmek için montaj İnce ayarlar. (Beyaz kart ile ışın bel izleyerek kontrol edin.) </li><li> Kullanım kap vidaları, optik masanın üzerine dikey öteleme sahne sıkın ve translasyonel aşamada özgürlüğü derecesini kullanarak kiriş dışına VIPA1 kaydırın. </li></ol></li><li> Dağı ve hizalamasilindir lens C2 (f = 200 mm) 3.3.1-3.3.3 tarif edilen prosedür izlenerek VIPA1 sonra 200 mm ve düşey maske önünde 200 mm. Bunun yerine, optik masaya sonrası tutucu bağlama, optik eksen boyunca yönlendirilmiş özgürlük derecesine sahip bir öteleme sahneye monte edin. (Şekil 1) Optik masanın üzerine translasyonel sahne sıkmak için kapak vidaları kullanın. </li><li> Işın yoluna VIPA1 giriş kaydırın çeviri aşamasında (3.4.4) kullanın. Kamera görüntüsünde yatay çizgiler dikkat edin. <ol><li> Kamera görüntüsünde yatay çizgiler keskin görünür kadar 3.5 monte translasyonel sahne kullanarak C2 Fine-ayarlayın. </li></ol></li><li> VIPA tutucu özgürlük dikey eğim derecesi ve translasyonel sahne ile spektrum ayarlayın. Etalon içine ayarlamak için ışının giriş pozisyonunu özgürlüğü dikey çeviri derecesini kullanın. Etal içine ayarlamak için kirişin giriş açısını özgürlüğü dikey eğim derecesi kullanınüzerinde. </li><li> Incelik ve verimi ölçün. <ol><li> Kamera ekranında bir görüntü üzerinde dikey bir çizgi arsa oluşturmak için adımları 2.7.1 -2.7.2 izleyin. </li><li> Yarım maksimum (FWHM) onların tam genişliğinde iki yatay çizgi arasındaki mesafeyi bölerek incelik ölçmek için hat arsa kullanın. &gt; 40 hedefleyin. </li><li> Hemen önce ve VIPA1 sonra güç ölçer ile güç ölçerek hacmini ölçün. &gt;% 30 hedefleyin. </li><li> Dinle VIPA tutucu (3.7) üzerine serbestlik dikey eğim derecesi ile etalon içine ışının dikey giriş açısı. Incelik ve verim arasındaki ticaret-off gözlemleyin. </li></ol></li><li> Incelik ve verimlilik tatmin edici değilse geri dönün ve hizalama ince ayarlayın. Emin VIPA1 C1 odak düzlemi içindedir. Adımı yineleyin 3.4.3-3.8. </li></ol> İki Aşamaları ve Final Uyum 4. Kombinasyon <ol><li> VIPA2 içinde kaydırın. Yatay ve dikey aralıklı noktalar dikkate alınmalıdır. Bu noktalar, birtek frekanslı lazer spektral imza yeniden. Noktalar keskin odak kadar VIPAs translasyonel aşamalarını ayarlayın. </li><li> Spektrometre incelik ve verimi ölçün. <ol><li> Adımları izleyin 2.7.1.-2.7.2 çapraz lazer nokta arasında iki çizgi arsa üretmek için. </li><li> Yarım maksimum (FWHM) onların tam genişliğinde iki nokta arasındaki mesafeyi diyagonal bölerek incelik ölçmek için hat arsa kullanın. &gt; 30 hedefleyin. </li></ol></li><li> Spektrometre içine bir kara kutu oluşturun. <ol><li> (In x 15 x 9 63) CCD kamera fiber kolimatör kadar tüm spektrometresi içine almalısınız kutu iskelet inşa etmek inşaat rayları kullanın. </li><li> Blackout Kumaş ile kutu iskeleti örtün ve köşelerde sıkı bantlayın. Maskeler ve VIPAs kolayca erişilebilir olduğundan emin olun. </li></ol></li><li> Böyle bir yansıma konfokal mikroskop 4 olarak standart optik prob, fiber bağlayın. Standart optik pgeri saçılan ışık toplamak için kullanılan elbiseler Brillouin sinyalini taşıyacak. </li></ol> 5. Brillouin Shift Ölçme <ol><li> Yakın hem dikey hem de yatay maskeler lazer imza kaybolana kadar. Buna göre tercüme aşamalarını taşıyın. </li><li> Kazanç etkinleştirin ve EMCCD kamera doyurarak olmadan mümkün olduğu kadar kamera entegrasyonu süresini artırın. </li><li> Bir numunenin Brillouin kayması gözlemleyin. <ol><li> Konfokal mikroskobu (ya da diğer optik prob) odak bir örneğini yerleştirin. Uzaysal çözünürlük konfokal mikroskop kullanılır objektif lens bağlıdır. Plastik tabak veya sıvılar için bir küvet kullanın. Ilk ölçüm için Metanol kullanın. </li></ol></li><li> Bir seferde spektrometre hacmi, açık tek maske optimize etmek ve VIPA eğerek ve çeviri aşamasında ayarlayarak spektrometre emirleri ile taramak için. Sinyal güçlü görünen sırayı bulun. Inci kadar tekrar kapat maskee lazer sinyali kaybolur. Diğer maskesi ve VIPA (2.6 ve 3.7 &#39;de açıklandığı) ile tekrarlayın. </li><li> Örnek bir ölçüm alın. <ol><li> Adım 2.7.1 Aşağıdaki yelpazenin bir görüntü alın. </li><li> Su ve cam (ya da bilinen Brillouin kayması diğer örnek) spektrumunun bir görüntü alarak kalibrasyon ölçümleri alın. Sol üst köşedeki &quot;dosyasını&quot; tıklayıp &quot;seçeneği olarak kaydetmek&quot; seçerek görüntüyü kaydedin. Veri analiz kamera yazılımı yapılırsa &quot;.sif&quot; biçiminde görüntü kaydetme. Veri analizi başka hesaplama yazılım programında yapılırsa &quot;Tif&quot; biçiminde görüntü kaydetme. </li></ol></li></ol> 6. Kalibrasyon ve Analiz Brilluoin Spektrum <ol><li> Ücretsiz spektral aralığı (FR) ve Brillouin spektrometresi optik frekans dönüşüm oranı (PR) EMCCD piksel belirleyin. <ol><li> Kamera yazılımı veya başka bir COMPUTA verileri yükleyintional yazılım programı. </li><li> Su kalibrasyon görüntünün yelpazesinde bir çizgi arsa üretmek için adım 2.7.2 izleyin. </li><li> Piksel konumu (P Su-S, p Su-AS) cinsinden pik pozisyonları belirlemek için Lorentz eğrileri ile spektrumun iki tepe monte edin. Alternatif olarak, zirveleri en yüksek puan alarak elle zirve pozisyonlarını okudum. </li><li> Cam kalibrasyon görüntü spektrumu ile adımı tekrarlayın 6.1.2-6.1.3. </li><li> Alternatif 6.1.1-6.1.4 için, hem EMCCD çerçeve eklemek ve bir kerede tüm dört doruklarına uygun. (Şekil 2) </li><li> P Su-AS P Cam-AS 6.1.3&#39;e ve 6.1.4 kararlı değerlerini Denklem 1. Tak kullanarak PR hesaplayın. Ω Cam-AS 29.3 GHz olduğu bilinmektedir. Bu durumda, çünkü ücretsiz spektral aralığı 9.3 GHz frekans kayması ile takma ad görünür sadece 20 GHz. Kolaylık olması açısından Ω Cam AS 9.3 GHz kullanın. Ê için 7.46 GHz kullanınSu AS. <img alt="Denklem 1" class="jove_content" p="" src="/files/ftp_upload/53468/53468eq1.jpg" /></li><li> 6,16 hesaplanan P Cam-S, P Cam-AS ve PR, değerlerini Denklem 2. Tak kullanarak FSR&#39;ye hesaplayın. Ω Cam AS 9.3 GHz kullanın. <img alt="Denklem 2" class="jove_content" src="/files/ftp_upload/53468/53468eq2.jpg" /></li></ol></li></ol><img alt="Şekil 2," class="jove_content" src="/files/ftp_upload/53468/53468fig2.jpg" /> 2. Spektrometre kalibrasyonu Şekil. (A) EMCCD kamera çerçeve kalibrasyonu numuneden elde. (B) ölçülen verilerin (mavi) Lorentz eğri fit (kırmızı). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53468/53468fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <ol start="2"><li> Brillouin kayması belirleyinBir örnek. <ol><li> Numunenin yelpazesinde bir çizgi taraması oluşturmak için adım 2.7.2 izleyin. </li><li> Piksel konumu açısından zirve pozisyonlarını belirlemek için Lorentz eğrileri ile spektrumun iki tepe takınız. Alternatif olarak, zirveleri en yüksek puan alarak elle zirve pozisyonlarını okudum. </li><li> Numunenin Brillouin kayması hesaplamak için FSR&#39;nin ve PR için aşağıdaki denklemleri 4 ve 5 ve daha önceden hesaplanan değerleri kullanın. <img alt="Denklem 3" class="jove_content" p="" src="/files/ftp_upload/53468/53468eq3.jpg" /></li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Brillouin, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+de+la+lumiere+et+des+rayonnes+X+par+un+corps+transparent+homogene;+influence+del'agitation+thermique.">Diffusion de la lumiere et des rayonnes X par un corps transparent homogene; influence del'agitation thermique.</a> Ann. Phys. (Paris) . 17, 88-122 (1922).</li><li>Scarcelli, G., Yun, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multistage+VIPA+etalons+for+high-extinction+parallel+Brillouin+spectroscopy.">Multistage VIPA etalons for high-extinction parallel Brillouin spectroscopy.</a> Opt. Exp. 19 (11), 10913-10922 (2011).</li><li>Scarcelli, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Confocal+Brillouin+microscopy+for+three-dimensional+mechanical+imaging.">Confocal Brillouin microscopy for three-dimensional mechanical imaging.</a> Nat. Phot. 2 (1), 39-43 (2008).</li><li>Nichols, A. J., Evans, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Video-rate+Scanning+Confocal+Microscopy+and+Microendoscopy.">Video-rate Scanning Confocal Microscopy and Microendoscopy.</a> J. Vis. Exp. (56), e3252 (2011).</li><li>Steelman, Z., Meng, Z., Traverso, A. J., Yakovlev, V. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brillouin+spectroscopy+as+a+new+method+of+screening+for+increased+CSF+total+protein+during+bacterial+meningitis.">Brillouin spectroscopy as a new method of screening for increased CSF total protein during bacterial meningitis.</a> J. Biophoton. 8 (5), 1-7 (2014).</li><li>Koski, K. J., Yarger, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brillouin+imaging.">Brillouin imaging.</a> Appl. Phys. Lett. 87 (6), 061903 (2005).</li><li>Faris, G. W., Jusinski, L. E., Hickman, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-resolution+stimulated+Brillouin+gain+spectroscopy+in+glasses+and+crystals.">High-resolution stimulated Brillouin gain spectroscopy in glasses and crystals.</a> J. Opt. Soc. Am. B. 10 (4), 587-599 (1993).</li><li>Scarcelli, G., Yun, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+Brillouin+optical+microscopy+of+the+human+eye.">In vivo Brillouin optical microscopy of the human eye.</a> Opt. Exp. 20 (8), 9197-9202 (2012).</li><li>Scarcelli, G., Besner, S., Pineda, R., Kalout, P., Yun, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+Vivo+Biomechanical+Mapping+of+Normal+and+Keratoconus+Corneas.">In Vivo Biomechanical Mapping of Normal and Keratoconus Corneas.</a> Jama Ophtalmol. , (2015).</li><li>Scarcelli, G., Kim, P., Yun, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=+In+Vivo+Measurement+of+Age-Related+Stiffening+in+the+Crystalline+Lens+by+Brillouin+Optical+Microscopy."> In Vivo Measurement of Age-Related Stiffening in the Crystalline Lens by Brillouin Optical Microscopy.</a> Biophys. J. 101 (6), 1539-1545 (2011).</li><li>Antonacci, G., Foreman, M. R., Paterson, C., T&#246;r&#246;k, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectral+broadening+in+Brillouin+imaging.">Spectral broadening in Brillouin imaging.</a> Appl. Phys. Lett. 103 (22), 221105 (2013).</li><li>Meng, Z., Traverso, A. J., Yakovlev, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Background+clean-up+in+Brillouin+microspectroscopy+of+scattering+medium.">Background clean-up in Brillouin microspectroscopy of scattering medium.</a> Opt. Exp. 22 (5), 5410-5415 (2014).</li><li>Reiss, S., Burau, G., Stachs, O., Guthoff, R., Stolz, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatially+resolved+Brillouin+spectroscopy+to+determine+the+rheological+properties+of+the+eye+lens.">Spatially resolved Brillouin spectroscopy to determine the rheological properties of the eye lens.</a> Biomed. Opt. Exp. 2 (8), 2144-2159 (2011).</li><li>Scarcelli, G., Kling, S., Quijano, E., Pineda, R., Marcos, S., Yun, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brillouin+microscopy+of+collagen+crosslinking:+noncontact+depth-dependent+analysis+of+corneal+elastic+modulus.">Brillouin microscopy of collagen crosslinking: noncontact depth-dependent analysis of corneal elastic modulus.</a> Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 54 (2), 1418-1425 (2013).</li></ol>

Giuliano Scarcelli and Seok H. Yun hold patents related to Brillouin spectroscopy technology.

Bu spektrometre konfigürasyonunun önemli bir tasarım özelliği, iki kademeli, bağımsız olarak hizalanmış olmasıdır. Her aşamada spektral desen CCD kamera üzerine görüntülü şekilde, 1 görüntüleme sistemi, bir VIPA etalonu optik yol üzerinden kaydırılır zaman spektrometre aşamasında geri kalan lensler 1 oluşturmaktadır. Bu nedenle, diğer aşamanın uyum etkilemeden kendi performansını artırmak için aşamalarında ikisinden biri geri dönmek basittir. Protokolde önerilen çeviri aşamalar...

1922 yılında Leon Brillouin 1 tarafından tarif Brillouin saçılması, bir katı ve bir sıvı ya da gaz termal yoğunluk dalgalanmalarına termal, akustik modları ışık inelastik dağılımıdır. Genellikle alt GHz-aralığında dağınık ışık spektral kayması, olay ışık ve örnek akustik fononların arasındaki etkileşim hakkında bilgi sağlar. Bunun bir sonucu olarak, incelenen malzemenin viskoelastik özelliklerinin ilgili faydalı bilgiler sağlayabilir. Onun kendiliğinden versiyonunda, Brillouin saçılması genellikle çok zayıf bir sinyal sonuçlanan Raman saçılması sırasına göre kesitlerini vardır. Ayrıca, Brillouin frekans kaymaları Raman vardiya daha küçük büyüklük kararlarıdır. Bunun bir sonucu olarak, elastik, kaçak ışık ve arka yansımalar (Rayleigh veya Mie saçılımı itibaren) tüm kolayca Brillouin spektral imza gölgeleyebilir örnek kapalı ışık saçtı. Bundan dolayıBir Brillouin spektrometre alt GHz spektral çözünürlüğü değil, aynı zamanda yüksek spektral kontrast veya nesli elde etmek için değil sadece ihtiyaç duyar. Geleneksel Brillouin spektrometre Bu zorunluluklara en popüler tarama-ızgara monokromatörler, optik dayak yöntemleri ve, çok geçişli tarama Fabry-Perot interferometreler 2 tarafından karşılanmaktadır. Bu yöntemler, her spektral komponent sekans ölçer. Bu yaklaşım, aracı ile numuneye bağlı olarak, birkaç saate kadar, birkaç dakika arasında değişen tek bir Brillouin spektrumu için elde etme sürelerine yol açar. Bu protokolü kullanılarak inşa iki aşamalı VIPA spektrometre, etkili bir diğer sahte sinyaller 2 bastırmak için yeterli sönme (&gt; 60 dB) sağlarken daha az bir saniye içinde spektral bileşenlerin tüm toplamak için yeteneği vardır. VIPA etalonu entegrasyonu bu spektrometre temel unsurudur. Bir VIPA üç farklı c sağlam bir etalon olduğunualanları oating: yüzeyin geri kalanı oldukça yansıtıcı (HR) kaplama sahipken ön yüzeyinde, dar bir yansıma önleyici kaplama şeridi, ışık VIPA girmek için izin verir; arka yüzeyine bir kısmen yansıtıcı kaplama ışık küçük bir kısmı (~% 5) iletilmesini sağlar. Hafif eğimli VIPA dar girişinde üzerine odaklanmış, ışık demeti VIPA 2 içinde sabit faz farkı ile alt bileşenlerine yansır. Alt bileşenleri arasındaki Girişim hedeflenen yüksek spektral dağılımını ulaşır. Çapraz eksen konfigürasyonda ardışık iki VIPAs hizalama ortogonal istikamette 3 spektral dispersiyon getirmektedir. Dik yönlerde spektral dağılım mekansal mümkün sadece Brillouin sinyal almaya kılan istenmeyen karışma, gelen Brillouin doruklarına ayırır. 1 görüntüler iki aşamalı VIPA spektrometresi bir şemasını Şekil. Optik elemanlar aşağıda oklar ° işaretöteleme aşamaları odaklı gereken özgürlük ree. <img alt="figür 1" class="jove_content" p="" src="/files/ftp_upload/53468/53468fig1.jpg" /> Şekil 1. Enstrümantal kurulum. Bir fiber optik spektrometresi içine Brillouin saçılması sunar. Silindirik mercek C1 (f = 200 mm), ilk VIPA (VIPA1) girişinde içine ışık odaklanır. Başka bir silindir lens C2 (f = 200 mm) C2 odak düzleminde lokal ayırma spektral açısal dispersiyon eşleştirir. Bu düzlemde, dikey bir maske spektrum istenilen bölümünün seçilmesi için kullanılır. Benzer bir yapılandırma 90 derecede eğik, izler. Kiriş küresel lens S1 (f = 200 mm) içinden geçer ve ikinci VIPA (VIPA2) giriş açıklığına odaklanmıştır. Bir küresel lens S2 (f = 200 mm) başka bir yatay maske yerleştirilir odak düzlemi, iki boyutlu spektral olarak ayrılmış bir desen oluşturur. Horizontal maske bir akromatik objektif çifti kullanılarak EMCCD kamera üzerine görüntülü. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53468/53468fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> Bazı optik kurs ve temel hizalama deneyimi ile bir lisans öğrencisi oluşturmak ve bu iki aşamalı spektrometresi kullanmak gerekir. Spektrometre son standart optik prob çeşitli 3,4,5 (örneğin, konfokal mikroskop, endoskop, slit-lamp oftalmoskop) ile uyumlu olacak şekilde gösterilmiştir. Burada, spektrometre konfokal mikroskop bağlanır. Lazer ışığı 90:10 ışın ayırıcı entegre sonra standart bir araştırma ters sistem mikroskop içine hizalanmış. Örnekten ince filmlerden ışık mikroskobu konfokal yapma, tek modlu fiber içine birleştirilir.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">OPTICS:</td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">VIPA (virtual image phase array)</td>
			<td style="width:71px;">LIGH MACHINERY</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Bundle of Three 423 Linear Stages with SM-25 Micrometers</td>
			<td style="width:71px;">NEWPORT</td>
			<td style="width:119px;">423-MIC&#160;</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">SS Crossed-Roller Bearing Translation Stage, 0.5 in., 8-32, 1/4-20</td>
			<td style="width:71px;">NEWPORT</td>
			<td>9066-X</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Vernier Micrometer, 13 mm Travel, 9 lb Load Capacity, 50.8 TPI</td>
			<td style="width:71px;">NEWPORT</td>
			<td>SM-13</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Adjustable Width Slit</td>
			<td style="width:71px;">NEWPORT</td>
			<td>SV-0.5</td>
			<td>Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Compact Dovetail Linear Stage, 0.20 in. Z Travel, 1.57x1.57x1.38 in.</td>
			<td style="width:71px;">NEWPORT</td>
			<td>DS40-Z</td>
			<td>Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Slotted Base Plate, 25 or 40mm to 65mm Stage, 1.1 in. Range</td>
			<td style="width:71px;">NEWPORT</td>
			<td>B-2B</td>
			<td>Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">&#216;1/2&#34; Optical Post, 8-32 Setscrew, 1/4&#34;-20 Tap, L = 2&#34;, 5 Pack</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>TR2-P5</td>
			<td>Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">&#216;1/2&#34; Post Holders, Spring-Loaded Hex-Locking Thumbscrews, L = 2&#34;, 5 Pack</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>PH2-P5</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">&#216;1/2&#34; Post Holders, Spring-Loaded Hex-Locking Thumbscrew, L = 3&#34;, 5 Pack</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>PH3-P5</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Imperial Lens Mount For 2&#34; Optics, 8-32 Tap</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>LMR2</td>
			<td>Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">f=200.0 mm, &#216;2&#34; Achromatic Doublet, ARC: 400-700 nm</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>AC254-200-A</td>
			<td>Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Kinematic Mount for up to 1.3&#34; (33 mm) Tall Rectangular Optics, Right Handed</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>KM100C</td>
			<td>Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Fixed Cylindrical Lens Mount, Max Optic Height: 1.60&#34; (40.6 mm)</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>CH1A</td>
			<td>Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">f = 200.00 mm, H = 30.00 mm, L = 32.0 mm, N-BK7 Plano-Convex Cylindrical Lens, Antireflection Coating: 350-700 nm</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>L1653L1-A</td>
			<td>Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Right-Angle Post Clamp, Fixed 90&#176; Adapter</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>RA90</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Adapter with External C-Mount Threads and Internal SM1 Threads</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>SM1A9</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Studded Pedestal Base Adapter, 1/4&#34;-20 Thread</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>PB4</td>
			<td>Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Spacer, 2&#34; x 3&#34;, 1.000&#34; Thick</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>Ba2S7</td>
			<td>Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">543 nm, f=15.01 mm, NA=0.17 FC/APC Fiber Collimation Pkg.</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>F260APC-A</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">SM1-Threaded Adapter for &#216;11 mm collimators</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>Ad11F</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Translating Lens Mount for &#216;1&#34; Optics, 1 Retaining Ring Included</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>LM1XY</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Single Mode Patch Cable, 450 - 600 nm, FC/APC, 2 m Long</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>P3-460B-FC-2</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">1:1 Matched Achr. Pair, f1=30 mm, f2=30 mm, BBAR 400-700 nm</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>MAP103030-A</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">SM1 Lens Tube&#8230;length to adjust depend on CCD, we have 3.5 inches</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>SM1LXX</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Base Adapters for &#216;1/2&#34; Post Holders and &#216;1&#34; Posts</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>BE1</td>
			<td>Quantity: 8</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Clamping Forks for&#160; &#216;1/2&#34; Post Holders and &#216;1&#34; Posts</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>CF125</td>
			<td>Quantity: 8</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">HW-KIT5 - 4-40 Cap Screw and Hardware Kit for Mini-Series&#160;</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>HW-KIT5</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">D20S - Standard Iris, &#216;20.0 mm Max Aperture&#160;</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>D20S</td>
			<td>Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">FOR ENCLOSURE</td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">25 mm Construction Rail, L = 21&#34;</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>XE25L21</td>
			<td>Quantity: 6</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">1&#34; Construction Cube with Three 1/4&#34; (M6) Counterbored Holes</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>RM1G</td>
			<td>Quantity: 8</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Right-Angle Bracket for 25 mm Rails</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>XE25A90</td>
			<td>Quantity: 12</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">25 mm Construction Rail, L = 15&#34;</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>XE25L15</td>
			<td>Quantity: 4&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">25 mm Construction Rail, L = 9&#34;</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>XE25L09</td>
			<td>Quantity: 8</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">High Performance Black Masking Tape, 2&#34; x 60 yds. (50 mm x 55 m) Roll</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>T743-2.0</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Low-Profile T-Nut, 1/4&#34;-20 Tapped Hole, Qty: 10</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>XE25T3</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">&#160;1/4&#34;-20 Low-Profile Channel Screws (100 Screws/Box)</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>SH25LP38</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">60&#34; (W) x 3 yds. (L) x 0.005&#34; (T) (1.5 m x 2.7 m x 0.12 mm) Blackout Fabric</td>
			<td style="width:71px;">THORLABS</td>
			<td>BK5</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td colspan="2" height="21" style="height:21px;">CAMERA,&#160; LASER and MICROSCOPE&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">EMCCD camera</td>
			<td style="width:71px;">ANDOR</td>
			<td style="width:119px;">iXon Ultra 897</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">400 mW single mode green laser</td>
			<td style="width:71px;">LASER QUANTUM</td>
			<td style="width:119px;">torus 532</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Research Inverted System Microscope&#160;</td>
			<td style="width:71px;">OLYMPUS</td>
			<td style="width:119px;">IX71</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

high speed sub-ghz spectrometer for brillouin scattering analysis

Bu protokolün amacı, bir paralel yüksek sönme ve yüksek çözünürlüklü optik Brillouin spektrometresi inşa etmektir. Brillouin spektroskopisi viskoelâstik malzeme özelliklerinin doğrudan okunabilmesi için kullanılabilecek bir temassız ölçüm yöntemidir. Bu malzeme karakterizasyonu, yapısal izleme ve çevre algılama yararlı bir araç olmuştur. Geçmişte, Brillouin spektroskopisi genellikle spektral analizi gerçekleştirmek için tarama Fabry-Perot etalonları istihdam vardır. Bu süreç biyomedikal uygulamalar için uygun tekniği yapım, yüksek aydınlatma gücü ve uzun edinme süreleri gerektirmektedir. Geçtiğimiz günlerde tanıtılan yeni spektrometre çapraz eksen yapılandırmasında iki VIPAs kullanılarak bu sorunu üstesinden gelir. Bu yenilik biyolojik doku güvenlik sınırları içinde alt ikinci edinimi süresi ve aydınlatma gücüne sahip alt gigahertz (GHz) çözünürlük spektral analiz sağlar. Bu gelişme kolaylaştırdı birden yeni uygulamalar cu vardırrrently biyolojik araştırma ve klinik uygulamada araştırılmaktadır.

<html> Şekil 3 temsilci Brillouin spektrumları ve farklı malzemeler için kendi uyuyor gösterir. VIPAs ikisi de yaklaşık 20 GHz FSR ile sonuçlanır 5 mm&#39;lik bir kalınlığa sahiptir. Bu ölçümler için entegrasyon süresi 100 milisaniye idi. 100 ölçüm çıkarılmış ve ortalaması alınmıştır. Bir kalibrasyon ölçüm spektrumları elde öncesinde alınmıştır. <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/53468/53468f...

Watch this Scientific Journal Video about High Speed Sub-GHz Spectrometer for Brillouin Scattering Analysis at JoVE.com

High Speed Sub-GHz Spectrometer for Brillouin Scattering Analysis

Burada hızlı bir Brillouin spektrometresi inşa etmek için bir protokol mevcut. Neredeyse görüntülü faz dizi Basamaklı (VIPA) etalonları 1000&#39;den fazla kat daha hızlı geleneksel tarama Fabry-Perot spektrometresi daha ölçüm hızına erişmek. Bu gelişme in vivo düşük güç seviyelerinde doku ve biyomalzemelerin Brillouin analizi için araçlar sağlar.

Brillouin Saçılma Analiz Yüksek Hızlı Alt GHz Spektrometre

The goal of this protocol is to build a parallel high-extinction and high-resolution optical Brillouin spectrometer. Brillouin spectroscopy is a ...

high-speed-sub-ghz-spectrometer-for-brillouin-scattering-analysis

Research

JoVE Journal

Bioengineering

14.9K Görüntüleme.  University of Maryland.  Burada hızlı bir Brillouin spektrometresi inşa etmek için bir protokol mevcut. Neredeyse görüntülü faz dizi Basamaklı (VIPA) etalonları 1000'den fazla kat daha hızlı geleneksel tarama Fabry-Perot spektrometresi daha ölçüm hızına erişmek. Bu gelişme in vivo düşük güç seviyelerinde doku ve biyomalzemelerin Brillouin analizi için araçlar sağlar. 

Video: High Speed Sub-GHz Spectrometer for Brillouin Scattering Analysis

Polymer Microarrays for High Throughput Discovery of Biomaterials

The discovery of novel biomaterials that are optimized for a specific biological application is readily achieved using polymer microarrays, which allows a combinatorial library of materials to be screened in a parallel, high throughput format1. Herein is described the formation and characterization of a polymer microarray using an on-chip photopolymerization technique 2. This involves mixing monomers at varied ratios to produce a library of monomer solutions, transferring the solution to a glass slide format using a robotic printing device and curing with UV irradiation. This format is readily amenable to many biological assays, including stem cell attachment and proliferation, cell sorting and low bacterial adhesion, allowing the ready identification of 'hit' materials that fulfill a specific biological criterion3-5. Furthermore, the use of high throughput surface characterization (HTSC) allows the biological performance to be correlated with physio-chemical properties, hence elucidating the biological-material interaction6. HTSC makes use of water contact angle (WCA) measurements, atomic force microscopy (AFM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS). In particular, ToF-SIMS provides a chemically rich analysis of the sample that can be used to correlate the cell response with a molecular moiety. In some cases, the biological performance can be predicted from the ToF-SIMS spectra, demonstrating the chemical dependence of a biological-material interaction, and informing the development of hit materials5,3.

A description of the formation of a polymer microarray using an on-chip photopolymerization technique. The high throughput surface characterization using atomic force microscopy, water contact angle measurements, X-ray photoelectron spectroscopy and time of flight secondary ion mass spectrometry and a cell attachment assay is also described.

Biyomalzemelerin Yüksek Verimli Discovery için Polimer Mikroarray&#39;ler

The discovery of novel biomaterials that are optimized for a specific biological application is readily achieved using polymer microarrays, which allows a ...

Biyomühendislik

Evaluation of Polymeric Gene Delivery Nanoparticles by Nanoparticle Tracking Analysis and High-throughput Flow Cytometry

Non-viral gene delivery using polymeric nanoparticles has emerged as an attractive approach for gene therapy to treat genetic diseases1 and as a technology for regenerative medicine2. Unlike viruses, which have significant safety issues, polymeric nanoparticles can be designed to be non-toxic, non-immunogenic, non-mutagenic, easier to synthesize, chemically versatile, capable of carrying larger nucleic acid cargo and biodegradable and/or environmentally responsive. Cationic polymers self-assemble with negatively charged DNA via electrostatic interaction to form complexes on the order of 100 nm that are commonly termed polymeric nanoparticles. Examples of biomaterials used to form nanoscale polycationic gene delivery nanoparticles include polylysine, polyphosphoesters, poly(amidoamines)s and polyethylenimine (PEI), which is a non-degradable off-the-shelf cationic polymer commonly used for nucleic acid delivery1,3 . Poly(beta-amino ester)s (PBAEs) are a newer class of cationic polymers4 that are hydrolytically degradable5,6 and have been shown to be effective at gene delivery to hard-to-transfect cell types such as human retinal endothelial cells (HRECs)7, mouse mammary epithelial cells8, human brain cancer cells9 and macrovascular (human umbilical vein, HUVECs) endothelial cells10.
A new protocol to characterize polymeric nanoparticles utilizing nanoparticle tracking analysis (NTA) is described. In this approach, both the particle size distribution and the distribution of the number of plasmids per particle are obtained11. In addition, a high-throughput 96-well plate transfection assay for rapid screening of the transfection efficacy of polymeric nanoparticles is presented. In this protocol, poly(beta-amino ester)s (PBAEs) are used as model polymers and human retinal endothelial cells (HRECs) are used as model human cells. This protocol can be easily adapted to evaluate any polymeric nanoparticle and any cell type of interest in a multi-well plate format.

A protocol for nanoparticle tracking analysis (NTA) and high-throughput flow cytometry to evaluate polymeric gene delivery nanoparticles is described. NTA is utilized to characterize the nanoparticle particle size distribution and the plasmid per particle distribution. High-throughput flow cytometry enables quantitative transfection efficacy evaluation for a library of gene delivery biomaterials.

Polimerik Gen Taşıyıcı Değerlendirilmesi Nanoparçacık İzleme Analizi ve Yüksek throughput Flow Sitometri tarafından Nanopartiküller

Non-viral gene delivery using polymeric nanoparticles has emerged as an attractive approach for gene therapy to treat genetic diseases1 and as a ...

Self-reporting Scaffolds for 3-Dimensional Cell Culture

Culturing cells in 3D on appropriate scaffolds is thought to better mimic the in vivo microenvironment and increase cell-cell interactions. The resulting 3D cellular construct can often be more relevant to studying the molecular events and cell-cell interactions than similar experiments studied in 2D. To create effective 3D cultures with high cell viability throughout the scaffold the culture conditions such as oxygen and pH need to be carefully controlled as gradients in analyte concentration can exist throughout the 3D construct. Here we describe the methods of preparing biocompatible pH responsive sol-gel nanosensors and their incorporation into poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) electrospun scaffolds along with their subsequent preparation for the culture of mammalian cells. The pH responsive scaffolds can be used as tools to determine microenvironmental pH within a 3D cellular construct. Furthermore, we detail the delivery of pH responsive nanosensors to the intracellular environment of mammalian cells whose growth was supported by electrospun PLGA scaffolds. The cytoplasmic location of the pH responsive nanosensors can be utilized to monitor intracellular pH (pHi) during ongoing experimentation.

Biocompatible pH responsive sol-gel nanosensors can be incorporated into poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) electrospun scaffolds. The produced self-reporting scaffolds can be used for in&#160;situ monitoring of microenvironmental conditions whilst culturing cells upon the scaffold. This is beneficial as the 3D cellular construct can be monitored in real-time without disturbing the experiment.

3-Boyutlu Hücre Kültürü için Self-raporlama iskeleleri

Culturing cells in 3D on appropriate scaffolds is thought to better mimic the in vivo microenvironment and increase cell-cell interactions. The resulting ...

High-resolution Spatiotemporal Analysis of Receptor Dynamics by Single-molecule Fluorescence Microscopy

Single-molecule microscopy is emerging as a powerful approach to analyze the behavior of signaling molecules, in particular concerning those aspect (e.g., kinetics, coexistence of different states and populations, transient interactions), which are typically hidden in ensemble measurements, such as those obtained with standard biochemical or microscopy methods. Thus, dynamic events, such as receptor-receptor interactions, can be followed in real time in a living cell with high spatiotemporal resolution. This protocol describes a method based on labeling with small and bright organic fluorophores and total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy to directly visualize single receptors on the surface of living cells. This approach allows one to precisely localize receptors, measure the size of receptor complexes, and capture dynamic events such as transient receptor-receptor interactions. The protocol provides a detailed description of how to perform a single-molecule experiment, including sample preparation, image acquisition and image analysis. As an example, the application of this method to analyze two G-protein-coupled receptors, i.e., &#946;2-adrenergic and &#947;-aminobutyric acid type B (GABAB) receptor, is reported. The protocol can be adapted to other membrane proteins and different cell models, transfection methods and labeling strategies.

This protocol describes how to use total internal reflection fluorescence microscopy to visualize and track single receptors on the surface of living cells and thereby analyze receptor lateral mobility, size of receptor complexes as well as to visualize transient receptor-receptor interactions. This protocol can be extended to other membrane proteins.

Tek molekül Floresan Mikroskopi Reseptör Dinamiği Yüksek çözünürlüklü Spatiotemporal Analizi

Single-molecule microscopy is emerging as a powerful approach to analyze the behavior of signaling molecules, in particular concerning those aspect (e.g., ...

A Guide to Structured Illumination TIRF Microscopy at High Speed with Multiple Colors

Optical super-resolution imaging with structured illumination microscopy (SIM) is a key technology for the visualization of processes at the molecular level in the chemical and biomedical sciences. Although commercial SIM systems are available, systems that are custom designed in the laboratory can outperform commercial systems, the latter typically designed for ease of use and general purpose applications, both in terms of imaging fidelity and speed. This article presents an in-depth guide to building a SIM system that uses total internal reflection (TIR) illumination and is capable of imaging at up to 10 Hz in three colors at a resolution reaching 100 nm. Due to the combination of SIM and TIRF, the system provides better image contrast than rival technologies. To achieve these specifications, several optical elements are used to enable automated control over the polarization state and spatial structure of the illumination light for all available excitation wavelengths. Full details on hardware implementation and control are given to achieve synchronization between excitation light pattern generation, wavelength, polarization state, and camera control with an emphasis on achieving maximum acquisition frame rate. A step-by-step protocol for system alignment and calibration is presented and the achievable resolution improvement is validated on ideal test samples. The capability for video-rate super-resolution imaging is demonstrated with living cells.

This article provides an in depth guide for the assembly and operation of a structured illumination microscope operating with total internal reflection fluorescence illumination (TIRF-SIM) to image dynamic biological processes with optical super-resolution in multiple colors.

Çoklu Renkler Yüksek hızında Yapısal Aydınlatma TIRF Mikroskopi A Guide

Optical super-resolution imaging with structured illumination microscopy (SIM) is a key technology for the visualization of processes at the molecular ...

Preparation of Extracellular Matrix Protein Fibers for Brillouin Spectroscopy

Brillouin spectroscopy is an emerging technique in the biomedical field. It probes the mechanical properties of a sample through the interaction of visible light with thermally induced acoustic waves or phonons propagating at a speed of a few km/sec. Information on the elasticity and structure of the material is obtained in a nondestructive contactless manner, hence opening the way to in vivo applications and potential diagnosis of pathology. This work describes the application of Brillouin spectroscopy to the study of biomechanics in elastin and trypsin-digested type I collagen fibers of the extracellular matrix. Fibrous proteins of the extracellular matrix are the building blocks of biological tissues and investigating their mechanical and physical behavior is key to establishing structure-function relationships in normal tissues and the changes which occur in disease. The procedures of sample preparation followed by measurement of Brillouin spectra using a reflective substrate are presented together with details of the optical system and methods of spectral data analysis.

We present a protocol for the application of Brillouin light scattering spectroscopy to elastin and trypsin-purified type I collagen fibers of the extracellular matrix to extract their full elastic properties.

Brillouin Spektroskopisi için Ekstraselüler Matriks Proteini Elyaf Hazırlama

Brillouin spectroscopy is an emerging technique in the biomedical field. It probes the mechanical properties of a sample through the interaction of ...

A High-throughput Cell Microarray Platform for Correlative Analysis of Cell Differentiation and Traction Forces

Microfabricated cellular microarrays, which consist of contact-printed combinations of biomolecules on an elastic hydrogel surface, provide a tightly controlled, high-throughput engineered system for measuring the impact of arrayed biochemical signals on cell differentiation. Recent efforts using cell microarrays have demonstrated their utility for combinatorial studies in which many microenvironmental factors are presented in parallel. However, these efforts have focused primarily on investigating the effects of biochemical cues on cell responses. Here, we present a cell microarray platform with tunable material properties for evaluating both cell differentiation by immunofluorescence and biomechanical cell&#8211;substrate interactions by traction force microscopy. To do so, we have developed two different formats utilizing polyacrylamide hydrogels of varying Young&#39;s modulus fabricated on either microscope slides or glass-bottom Petri dishes. We provide best practices and troubleshooting for the fabrication of microarrays on these hydrogel substrates, the subsequent cell culture on microarrays, and the acquisition of data. This platform is well-suited for use in investigations of biological processes for which both biochemical (e.g., extracellular matrix composition) and biophysical (e.g., substrate stiffness) cues may play significant, intersecting roles.

Cell differentiation is regulated by a host of microenvironmental factors, including both matrix composition and substrate material properties. We describe here a technique utilizing cell microarrays in conjunction with traction force microscopy to evaluate both cell differentiation and biomechanical cell&#8211;substrate interactions as a function of microenvironmental context.

Hücre farklılaşması ve Çekiş Kuvvetleri Korelatif Analizi için Yüksek verim Hücre Mikroarray Platformu

Microfabricated cellular microarrays, which consist of contact-printed combinations of biomolecules on an elastic hydrogel surface, provide a tightly ...

Using Nanoplasmon-Enhanced Scattering and Low-Magnification Microscope Imaging to Quantify Tumor-Derived Exosomes

Infected or malignant cells frequently secrete more exosomes, leading to elevated levels of disease-associated exosomes in the circulation. These exosomes have the potential to serve as biomarkers for disease diagnosis and to monitor disease progression and treatment response. However, most exosome analysis procedures require exosome isolation and purification steps, which are usually time-consuming and labor-intensive, and thus of limited utility in clinical settings. This report describes a rapid procedure to analyze specific biomarkers on the outer membrane of exosomes without requiring separate isolation and purification steps. In this method, exosomes are captured on the surface of a slide by exosome-specific antibodies and then hybridized with nanoparticle-conjugated antibody probes specific to a disease. After hybridization, the abundance of the target exosome population is determined by analyzing low-magnification dark-field microscope (LMDFM) images of the bound nanoparticles. This approach can be easily adopted for research and clinical use to analyze membrane-associated exosome biomarkers linked to disease.

Clinical translation of exosome-derived biomarkers for diseased and malignant cells is hindered by the lack of rapid and accurate quantification methods. This report describes the use of low-magnification dark-field microscope images to quantify specific exosome subtypes in small volume serum or plasma samples.

Tümör türevi Exosomes ölçmek için Nanoplasmon-gelişmiş saçılma ve düşük büyütme mikroskop görüntüleme kullanma

Infected or malignant cells frequently secrete more exosomes, leading to elevated levels of disease-associated exosomes in the circulation. These exosomes ...

Implementation of Interference Reflection Microscopy for Label-free, High-speed Imaging of Microtubules

There are several methods for visualizing purified biomolecules near surfaces. Total-internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy is a commonly used method, but has the drawback that it requires fluorescent labeling, which can interfere with the activity of the molecules. Also, photobleaching and photodamage are concerns. In the case of microtubules, we have found that images of similar quality to TIRF can be obtained using interference reflection microscopy (IRM). This suggests that IRM might be a general technique for visualizing the dynamics of large biomolecules and oligomers in vitro. In this paper, we show how a fluorescence microscope can be modified simply to obtain IRM images. IRM is easier and considerably cheaper to implement than other contrast techniques such as differential interference contrast microcopy or interferometric scattering microscopy. It is also less susceptible to surface defects and solution impurities than darkfield microscopy. Using IRM, together with the image analysis software described in this paper, the field of view and the frame rate is limited only by the camera; with a sCMOS camera and&#160;wide-field&#160;illumination&#160;microtubule length can be measured with precision up to 20 nm with a bandwidth of 10 Hz.&#160;

This protocol is a guide for implementing interference reflection microscopy on a standard fluorescence microscope for label-free, high-contrast, high-speed imaging of microtubules using in vitro surfaces assays.

Microtubules etiketi içermeyen, yüksek hızlı görüntüleme için girişim Reflection Microkopi uygulanması

There are several methods for visualizing purified biomolecules near surfaces. Total-internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy is a commonly used ...

Substructure Analyzer: A User-Friendly Workflow for Rapid Exploration and Accurate Analysis of Cellular Bodies in Fluorescence Microscopy Images

The last decade has been characterized by breakthroughs in fluorescence microscopy techniques illustrated by spatial resolution improvement but also in live-cell imaging and high-throughput microscopy techniques. This led to a constant increase in the amount and complexity of the microscopy data for a single experiment. Because manual analysis of microscopy data is very time consuming, subjective, and prohibits quantitative analyses, automation of bioimage analysis is becoming almost unavoidable. We built an informatics workflow called Substructure Analyzer to fully automate signal analysis in bioimages from fluorescent microscopy. This workflow is developed on the user-friendly open-source platform Icy and is completed by functionalities from ImageJ. It includes the pre-processing of images to improve the signal to noise ratio, the individual segmentation of cells (detection of cell boundaries) and the detection/quantification of cell bodies enriched in specific cell compartments. The main advantage of this workflow is to propose complex bio-imaging functionalities to users without image analysis expertise through a user-friendly interface. Moreover, it is highly modular and adapted to several issues from the characterization of nuclear/cytoplasmic translocation to the comparative analysis of different cell bodies in different cellular sub-structures. The functionality of this workflow is illustrated through the study of the Cajal (coiled) Bodies under oxidative stress (OS) conditions. Data from fluorescence microscopy show that their integrity in human cells is impacted a few hours after the induction of OS. This effect is characterized by a decrease of coilin nucleation into characteristic Cajal Bodies, associated with a nucleoplasmic redistribution of coilin into an increased number of smaller foci. The central role of coilin in the exchange between CB components and the surrounding nucleoplasm suggests that OS induced redistribution of coilin could affect the composition and the functionality of Cajal Bodies.

We present a freely available workflow built for rapid exploration and accurate analysis of cellular bodies in specific cell compartments in fluorescence microscopy images. This user-friendly workflow is designed on the open-source software Icy and also uses ImageJ functionalities. The pipeline is affordable without knowledge in image analysis.

Alt Yapı Analizörü: Floresan Mikroskopi Görüntülerinde HücreCisimlerinin Hızlı Araştırılması ve Doğru Analizi için Kullanıcı Dostu İş Akışı

The last decade has been characterized by breakthroughs in fluorescence microscopy techniques illustrated by spatial resolution improvement but also in ...