Мультиспектральная микроскопия: состояние и тенденции развития

Рассмотрены основные схемы компоновки мультиспектральных микроскопов с использованием сменных или плавно перестраиваемых оптических фильтров и методологий спектральной визуализации с помощью спектрального или пространственного сканирования изучаемых объектов, а также фурье-спектроскопии их интерферограмм. Комбинирование методологий визуализации и оптической спектроскопии приводит к концепции спектрального изображения в виде трехмерного набора («куба») данных. Отмечен значительный рост интереса к мультиспектральной микроскопии в связи с перспективами ее широкого применения в медицине, биотехнологиях, физическом материаловедении, химии, минералогии, криминалистике и многих других отраслях науки и техники. Электронно-пересматриваемые по длинам волн акустооптические фильтры - эффективный инструмент для спектрального и поляризационного анализа обработки оптических изображений в реальном масштабе времени.

multispectral microscopy, optical spectroscopy, videospectrometry, acous-tooptic filters, electronically tunable filters, paratellurite crystals, мультиспектральная микроскопия, видеоспектрометр, акустооптический фильтр, электронно-перестраиваемый фильтр, парателлурит

1. Garini Y., Young I. T., McNamara G. Spectral imaging: Principles and applications / Cytometry. Part A. 2006. Vol. 69A. N 8. P. 735-747.

2. Levenson R. M., Hoyt C. Spectral imaging and microscopy / Am. Lab. 2000. Vol. 32. P. 26 - 33.

3. Levenson R., Cronin P. J., Pankratov K. P. Spectral imaging for brightfield microscopy / Proc. SPIE. 2003. Vol. 4959. P. 27-33.

4. Levenson R. M., Wachman E. S., Niu W., Farkas D. L. Spectral imaging in biomedicine: A selective overview / Proc. SPIE. 1998. Vol. 3438. P. 300 - 312.

5. Levenson R. M., Mansfield J. R. Multispectral imaging in biology and medicine: Slices of life / Cytometry. Part A. 2006. Vol. 69A. N 8. P. 748 - 758.

6. Hoyt C. Liquid crystal tunable filters clear the way for imaging multiprobe fluorescence / Biophoton Int. 1996. Vol. 3. P. 49-51.

7. Молчанов В. Я., Чижиков С. И., Аникин С. П., Солодовников Н. П., Лютый В. М. Акустооптические системы спектрального и поляризационного анализа изображений / Радиотехника. 2005. С. 57 - 64.

8. Молчанов В. Я., Лютый В. М., Есипов В. Ф., Аникин С. П., Макаров О. Ю., Солодовников Н. П. Акустооптический спектрофотометр изображений для астрофизических наблюдений / Письма в астрономический журнал. 2002. Т. 28. С. 788-795.

9. Балакший В. И., Парыгин В. H., Чирков Л. Е. Физические основы акустооптики. -М.: Радио и связь, 1985.

10. Мазур М. М., Пожар В. Э., Пустовойт В. И., Шорин В. Н. Двойные акустооптические монохроматоры / Успехи современной радиоэлектроники. 2006. № 10. С. 19 - 30.

11. Kutuza I. B., Pozhar V. E., Pustovoit V. I. AOTF-based imaging spectrometers for research of small-size biological objects / Proc. SPIE. 2006. Vol. 5143. P. 165 - 169.

12. Gupta N. Hyperspectral imager development at Army Research Laboratory / Proc. SPIE. 2008. Vol. 6940. P. 69401P-1-H, 69401P-7.

13. Leroi V., Bibring J. P., Berthe M. Micromega / IR: Design and status of a near-infrared spectral microscope for in situ analysis of Mars samples / Planetary and Space Science. 2009. Vol. 57. P. 1068.

14. Molchanov V. Ya., Makarov O. Yu. Phenomenological method for broadband electrical matching of acousto-optical device piezotransducers / Opt. Eng. 1999. Vol. 38. P. 1127 -1135.

15. Анчуткин В. С., Бельский А. Б., Волошинов В. Б., Юшков К. Б. Акустооптический метод спектрально-поляризационного анализа изображений / Оптический журнал. 2009. Т. 76. С. 29-35.

16. Dickinson M. E., Bearman G., Tille S., Lansford R., Fraser S. E. Multi-spectral imaging and linear unmixing add a whole new dimension to laser scanning fluorescence microscopy / Biotechniques. 2001. Vol. 31. P. 1272 - 1278.

17. Molchanov V. Ya., Yushkov K. B. Advanced spectral processing of broadband light using acousto-optic devices with arbitrary transmission functions / Opt. Express. 2014. Vol. 22. N 13. P. 15668.

18. Malik Z. Fourier transform multipixel spectroscopy for quantitative cytology / J. Microsc. 1996. Vol. 182. P. 133 - 140.

19. Патент 2199729 Российская Федерация. Лазерное устройство для исследования поля микрообъектов с лучевым воздействием / Магдич Л. H., Нарвер В. H., Солодовников Н. П., Розенштейн А. З.; заявл. 04.07.2002; опубл. 27.02.2003.

20. Garini Y., Macville M., du Manoir S., Buckwald R. A., Lavi M., Katzir N., Wine D., Cabib D., Ried T. Spectral karyotyping / Bioimaging. 1996. Vol. 4. P. 65 - 72.

21. Huth U., Wieschollek A., Garini Y., Schubert R., Peschka-Süss R. Fourier transformed spectral bio-imaging for studying the intracellular fat of liposomes / Cytometry. Part A. 2004. Vol. 57A. P. 10-21.

22. Barber P. R., Vojnovic B., Atkin G., Daley F. M., Everett S. A., Wilson G. D., Gilbey J. D. Applications of cost-effective spectral imaging microscopy in cancer research / J. Phys. D: Appl. Phys. 2003. Vol. 36. P. 1729 - 1738.

23. Wack S., Hajri A., Heisel F., Sowinska M., Berger C., Whelan M., Marescaux J., Aprahamian M. Feasibility, sensitivity, and reliability of laser-induced fluorescent protein-expressing tumors in vivo / Molecular Therapy. 2003. Vol. 7. N 6. P. 765 - 773.

24. Leavesley S. J., Annamdevula N., Boni J., Stocker S., Grant K., Troyanovsky B., Rich T. C., Alvarez D. P. Hyperspectral imaging microscopy for identification and quantitative analysis of fluorescently-labeled cells in highly autofluorescent tissue / J. Biophotonics. 2012. Vol. 5. P. 67 - 84.

25. Berg R. H. Evaluation of spectral imaging for plant cell analysis / J. Microsc. 2004. Vol. 214. P. 174 - 181.

26. Zimmermann T., Rietdorf J., Pepperkok R. Spectral imaging and its applications in live cell microscopy / FEBS Lett. 2003. Vol. 546. P. 87 - 92.

27. Bei L., Dennis G. I., Miller H. M., Spaine T. H., Carnahan J. W. Acousto-optic tunable filters: fundamentals and applications as applied to chemical analysis techniques / Progress in Quantum Electronics. 2004. Vol. 28. P. 67 - 87.

28. Vila J., Calpe J., Pla F., Gomez L., Connell J., Marchant J., Calleja J., Mulqueen M., Munoza J., Klaren A. Smart-Spectra: Applying multispectral imaging to industrial environments / Real-Time Imaging. 2005. Vol. 11. P. 85 - 98.

29. Wu Q., Merchant F., Castleman K. R. Microscope Image Processing. - Elsevier, 2008. - 550 p.

30. Lerner J. M., Zucker R. M. Calibration and validation of confocal spectral imaging systems / Cytometry. 2004. Vol. 62A. P. 8 - 34.

31. Schlachter S., Elder A., Frank J. H., Grudnin A., Kaminski C. F. Spectrally resolved confocal microscopy with a supercontinuum laser / Microscopy and Analysis. 2008. N 113. P. 11 - 13.

32. Желтиков А. М. Да будет белый свет: генерация суперконтинуума сверхкороткими лазерными импульсами / УФН. 2006. Т. 176. № 6. С. 623 - 649.

33. Muller M., Squier J. Nonlinear microscopy with ultrashort pulse lasers / In Ultrafast Lasers. Technology and Applications (M. E. Fermann, A. Galvanauskas, and G. Sucha eds.). - New York: Marcel Dekker, 2003. P. 661 - 698.