赤外線吸収のワイドフィールドの光熱感覚検知による超高速化学イメージング

赤外線（IR）イメージングは​​、標本内のさまざまな化学結合を視覚化するための実行可能なツールになりました。ただし、パフォーマンスは、空間解像度とイメージング速度の点で制限されています。ここでは、IRビームの損失を測定する代わりに、単一のMid-IRパルスの吸収によって誘導される過渡光熱効果のハイスループット、ワイドフィールドセンシングにパルス可視光を使用します。これらの過渡シグナルを抽出するために、可視プローブに同期した仮想ロックインカメラを構築し、正確に制御された遅延を備えたIR光パルスを作成し、プローブパルス幅によって決定されるサブマイクロ秒の時間分解能を可能にしました。ワイドフィールドの光熱検知顕微鏡は、サブマイクロメーターの空間分解能を提供しながら、スペクトルの忠実度が高い速度で、最大1250フレーム/sの速度で化学イメージングを可能にしました。生細胞とナノメートルスケールポリマーフィルムのイメージング能力により、ワイドフィールドの光熱顕微鏡検査は、生物学的および材料標本のハイスループット特性評価のための新しい方法を開きます。

Infrared (IR) imaging has become a viable tool for visualizing various chemical bonds in a specimen. The performance, however, is limited in terms of spatial resolution and imaging speed. Here, instead of measuring the loss of the IR beam, we use a pulsed visible light for high-throughput, widefield sensing of the transient photothermal effect induced by absorption of single mid-IR pulses. To extract these transient signals, we built a virtual lock-in camera synchronized to the visible probe and IR light pulses with precisely controlled delays, allowing submicrosecond temporal resolution determined by the probe pulse width. Our widefield photothermal sensing microscope enabled chemical imaging at a speed up to 1250 frames/s, with high spectral fidelity, while offering submicrometer spatial resolution. With the capability of imaging living cells and nanometer-scale polymer films, widefield photothermal microscopy opens a new way for high-throughput characterization of biological and material specimens.