活體內光學三倍頻分子影像顯微術

在本論文中，我們藉由收集反向傳播的二倍頻與反向傳播的三倍頻信號，建立了世界上第一台反射式的光學倍頻顯微鏡，並將之應用在皮膚與口腔醫學的研究上。倍頻顯微影像術所用的信號是來自生物體或材料本身發出的二倍頻和三倍頻，無須外加任何染劑或額外處理。同時由於倍頻產生時的能量守恆特性，不會有多餘能量累積在樣本中，因此對樣本傷害性很低。結合上述兩個特性，倍頻顯微影像術可說是提供了一個最低侵入式顯微檢測系統。由於二倍頻強度和入射光強度平方成正比而三倍頻強度則和入射光強度三次方成正比，只有在焦點附近才能有效率的產生的倍頻信號，此種非線性效應提供了倍頻顯微影像術在三度空間上都有非常好的光學切片能力，且不需使用會讓信號衰減很多的共焦孔隙。再結合高數值孔徑的物鏡之後，光學倍頻顯微術在三度空間都可以達到次微米的解析度。此外，倍頻顯微影像術具有非常高的對比，二倍頻信號主要是在生物體內整齊排列的奈米級構造產生，而三倍頻則是在介面不連續處產生，可以提供完整的細胞型態資訊，兩者結合可以對生物體中複雜的結構提供詳細的資訊。由於倍頻遵守動量守恆定律，因此所產生的倍頻前進方向與雷射方向相同，所以過去的三倍頻顯微鏡都是收集穿透的三倍頻信號，而在未來非侵入式的醫學檢測上，穿透式的架構並不可行，因此我們架設了第一個反射式的三倍頻顯微鏡，並將此系統應用在皮膚醫學及先期的口腔腫瘤學研究。在沒經過任何染色切片處理的固定人體樣本中，藉由本技術可以得到皮膚表皮層到真皮層細微的結構影像。為了使此系統未來可以應用在臨床非侵入式的檢測，我們使用裸鼠做為動物模型，而在裸鼠的耳朵中，反射式三倍頻顯微術不但可以清楚取得從表皮層到真皮層的影像，我們更清楚的觀察到皮下組織的脂肪層以及軟骨組織的三維組織，其穿透深度超過200

關鍵字

三倍頻；雷射掃瞄顯微術；影像對比劑；量子點；奈米粒子

並列摘要

In this thesis, we demonstrated the first optical harmonics generation microscope (HGM) in the world by collecting backward propagating second harmonic generation (SHG) and third harmonic generation (THG) signals. We also applied the developed epi-HGM on the study of dermatology and oral oncology. The signals of optical harmonics generation is generated from endogenous structures in materials and biological specimens without stain. HGM has no energy deposition in the specimens due to the energy conservation in optical harmonics generation process. Therefore, HGM is one of least invasive optical microscopy technique. SHG and THG are quadratic and cubic dependent on incident laser power and thus efficient optical harmonics generation can be observed only near the focal point. By using a high NA objective, the spatial resolution of HGM can achieve sub-

並列關鍵字

Third harmonic generation ； laser scanning microscopy ； contrast agents ； quantum dots ； nanoparticles

參考文獻

Anderson RR, Parish JA (1981) The optics of human skin. J Invest Dermat 77:13

Armstrong JA, Bloembergen N, Ducuing J, Pershan PS (1962) Interactions between light waves in a nonlinear dielectric. Phys Rev 127:1918

Bacus SS, Kiguchi K, Chin D, King CR, Eliezer Huberman E (1990) Differentiation of cultured human breast cancer cells (AU-565 and MCF-7) associated with loss of cell surface Her-2/neu antigen. Molecular Carcinigenesis 3, 350

Barad Y, Eisenberg H, Horowitz M, Silberberg Y (1997) Nonlinear scanning laser microscopy by third harmonic generation. Appl Phys Lett 70:922

Barzda V, Greenhalgh C, Au JAD, Elmore S, Beek JHV, Squier J (2005) Visualization of mitochondria in cardiomyocytes by simultaneous harmonic generation and fluorescence microscopy. Opt. Express 13: 8263

國際替代計量

活體內光學三倍頻分子影像顯微術

全文下載

主題瀏覽