Second-harmonic imaging microscopy
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La microscopie de seconde harmonique (M2H ou (en) SHIM), aussi appelée « microscopie par génération de seconde harmonique » est basée sur un effet optique non-linéaire connu sous le nom de génération de seconde harmonique (GSH, (en) SHG): on la nomme ainsi souvent "microscopie SHG". Elle a été établie comme un mécanisme de contraste d'imagerie par microscope, utile pour la visualisation de la structure de certains tissus biologiques ou fonctions cellulaire, mais aussi de certains cristaux ferroélectriques.
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Second-harmonic imaging microscopy (SHIM) is based on a nonlinear optical effect known as second-harmonic generation (SHG). SHIM has been established as a viable microscope imaging contrast mechanism for visualization of cell and tissue structure and function. A second-harmonic microscope obtains contrasts from variations in a specimen's ability to generate second-harmonic light from the incident light while a conventional optical microscope obtains its contrast by detecting variations in optical density, path length, or refractive index of the specimen. SHG requires intense laser light passing through a material with a noncentrosymmetric molecular structure, either inherent or induced externally, for example by an electric field.
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Microscopie de seconde harmonique
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Second-harmonic imaging microscopy
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Second-harmonic imaging microscopy (SHIM) is based on a nonlinear optical effect known as second-harmonic generation (SHG). SHIM has been established as a viable microscope imaging contrast mechanism for visualization of cell and tissue structure and function. A second-harmonic microscope obtains contrasts from variations in a specimen's ability to generate second-harmonic light from the incident light while a conventional optical microscope obtains its contrast by detecting variations in optical density, path length, or refractive index of the specimen. SHG requires intense laser light passing through a material with a noncentrosymmetric molecular structure, either inherent or induced externally, for example by an electric field. Second-harmonic light emerging from an SHG material is exactly half the wavelength (frequency doubled) of the light entering the material. While two-photon-excited fluorescence (TPEF) is also a two photon process, TPEF loses some energy during the relaxation of the excited state, while SHG is energy conserving. Typically, an inorganic crystal is used to produce SHG light such as lithium niobate (LiNbO3), potassium titanyl phosphate (KTP = KTiOPO4), and lithium triborate (LBO = LiB3O5). Though SHG requires a material to have specific molecular orientation in order for the incident light to be frequency doubled, some biological materials can be highly polarizable, and assemble into fairly ordered, large noncentrosymmetric structures. While some biological materials such as collagen, microtubules, and muscle myosin can produce SHG signals, even water can become ordered and produce second-harmonic signal under certain conditions, which allows SH microscopy to image surface potentials without any labeling molecules. The SHG pattern is mainly determined by the phase matching condition. A common setup for an SHG imaging system will have a laser scanning microscope with a titanium sapphire mode-locked laser as the excitation source. The SHG signal is propagated in the forward direction. However, some experiments have shown that objects on the order of about a tenth of the wavelength of the SHG produced signal will produce nearly equal forward and backward signals.
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La microscopie de seconde harmonique (M2H ou (en) SHIM), aussi appelée « microscopie par génération de seconde harmonique » est basée sur un effet optique non-linéaire connu sous le nom de génération de seconde harmonique (GSH, (en) SHG): on la nomme ainsi souvent "microscopie SHG". Elle a été établie comme un mécanisme de contraste d'imagerie par microscope, utile pour la visualisation de la structure de certains tissus biologiques ou fonctions cellulaire, mais aussi de certains cristaux ferroélectriques. Un microscope SHG produit des images dont le contraste est dû aux variations de la capacité d'un échantillon à générer de la lumière d'harmonique deux à partir de la lumière incidente, tandis qu'un microscope optique classique obtient son contraste en détectant les variations de densité optique, de la longueur du trajet ou de l'indice de réfraction optique du spécimen. La SHG requiert une lumière laser intense traversant un matériau de structure moléculaire non-centrosymétrique (qui ne possède pas de centre de symétrie). La lumière SHG émergeant d'un tel matériau correspond exactement à la moitié de la longueur d'onde (fréquence doublée) de la lumière pénétrant dans le matériau. Bien que la microscopie par excitation à deux photons (2PEF) soit également un processus à deux photons, la 2PEF perd de l'énergie lors de la relaxation de l'état excité, alors que la SHG conserve l'énergie. Généralement, un cristal inorganique est utilisé pour produire de la lumière SHG, mais certains matériaux biologiques peuvent être hautement polarisables et s'assembler en grandes structures non centrosymétriques assez ordonnées (longs filaments à symétrie cylindrique). Les matériaux biologiques tels que le collagène, les microtubules (via la tubuline) et les muscles (via la myosine) peuvent produire des signaux de SHG. La conversion de SHG est généralement déterminée par la condition (en). Une configuration courante pour un système d'imagerie SHG comprendra un microscope à balayage laser avec un laser titane-sapphire à blocage de mode comme source d'excitation. Le signal SHG se propage généralement dans le sens direct (celui de la lumière d'excitation), et la détection est alors faite en transmission. Cependant, du signal est aussi émis dans la direction inverse (« épi »), et le signal peut alors également être mesuré en « réflexion » : ceci peut être utile pour des matériaux opaques, ou épais, et une partie de ce signal peut être due à la rétroréflexion du signal émis vers l'avant.
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