Приборы и техника эксперимента, 2019, № 5, стр. 156-157

Изучение биологических тканей с помощью поляризованного света широко применяется в биомедицинской оптике. Изменения состояния поляризации в спектрах отраженного/фотолюминесцентного света могут содержать важную информацию о структуре и составе исследуемого образца [1].

При оптическом зондировании биологических тканей необходимо сконцентрировать зондирующий луч в области наблюдения и максимально собрать свет, поступающий именно из этой области. В противном случае могут возникнуть существенные искажения результатов зондирования, вызванные светом, поступающим из соседних областей. Такую задачу технически возможно решить с помощью конфокальной оптической схемы. Основным ее элементом является пространственный оптический фильтр, пропускающий излучение, приходящее из заданной локальной области [2].

Принципиальная схема и общий вид конкретной установки для локального зондирования биологических тканей с использованием конфокальной оптической системы представлены на рис. 1. Источником излучения служит диодный лазер 1 с длиной волны 405 нм. Излучение этого лазера линейно поляризовано после прохождения поляризатора 9. Дихроичное зеркало 3, отражающее свет с длиной волны <420 нм и прозрачное для света с большей длиной волны, направляет лазерный луч в микрообъектив 2 (NA = 0.3), который фокусирует его в пятно диаметром примерно 20 мкм. Диаметр d пятна определяется в основном расходимостью α лазерного пучка и фокусным расстоянием f микробъектива: d ≈ fα. Длина перетяжки сфокусированного пучка при этом составляет приблизительно 50 мкм. В результате внутри образца создается локальная область высокой интенсивности излучения, возбуждающего люминесценцию (в качестве образца использовали роговицу глаз кролика). Далее часть излучения фотолюминесценции собирается тем же микрообъективом 2, на выходе которого формируется слабо расходящийся пучок. Этот пучок проходит через зеркало 3, отсекая излучение с длиной волны <420 нм, и с помощью системы зеркал 4 направляется либо на камеру 8 с объективом, используемую для точной фокусировки в необходимую область, либо на волоконный спектрометр 10 (Ocean Optics QE65000, США) через конфокальную систему. Система, состоящая из двух 10^× микроскопических объективов 5 (NA = 0.3) и микроотверстия 6 (20 мкм), обеспечивает дополнительную пространственную фильтрацию по следующей схеме. Первый микрообъектив фокусирует на микроотверстии свет фотолюминесценции, идущий из локальной области зондирования (20 × 50 мкм) параллельно оптической оси, тогда как наклонные лучи виньетируются. Второй микрообъектив собирает лишь те лучи, которые прошли через микроотверстие и представляют собой сигнал из области перетяжки, обеспечивая тем самым локальное зондирование нужной области. Второй поляризатор 9 устанавливается перед спектрометром на поворотном столике и используется для измерения ко- и кроссполяризованных спектров фотолюминесценции и степени поляризации сигнала фотолюминесценции.

Рис. 1.

Внешний вид (а) и принципиальная схема (б) установки. 1 – источник излучения с длиной волны 405 нм; 2 – объектив; 3 – дихроичное зеркало; 4 – система зеркал; 5 – объективы; 6 – диафрагма; 7 – аттенюатор; 8 – камера с объективом; 9 – поляризаторы; 10 – спектрометр. На вставке к рис. 1б показана кювета с системой поддержания заданного интраокулярного давления.

Данная система использовалась для исследований спектров фотолюминесценции роговицы глаза кролика ex vivo при различных интраокулярных давлениях [3]. Для поддержания заданного внутриглазного давления применялась специальная кювета, внешний вид которой показан на вставке к рис. 1б. Она состоит из двух отсеков, разделенных эластичной мембраной. Глазное яблоко кролика помещается во внешний отсек и прижимается к мембране фланцем с прорезью, при этом роговица глаза находится в прорези. Внутренний отсек герметично соединен с ручным насосом и манометром. При накачке давление воздуха из внутреннего отсека передается через мембрану на образец.

Были экспериментально измерены кросс- и кополяризованные спектры фотолюминесценции роговицы глаза при возбуждении линейно поляризованным светом с длиной волны 405 нм в зависимости от интраокулярного давления. Полученные результаты могут быть использованы при разработке оптических методов неинвазивного контроля глазных заболеваний.

Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования в рамках Государственного задания ФНИЦ “Кристаллография и фотоника” РАН в части развития лазерных информационных технологий.