Abstract

We report a miniaturized resonant/non-resonant multi-fiber raster scanner that is paired with a gradient-index lens assembly to achieve a compact and flexible multifocal multiphoton endoscope capable of longitudinal parallel image acquisition. Multiphoton images are obtained simultaneously at three axial depths, separated by ≥4.8  μm, by incorporating three axially offset double clad optical fibers into the miniaturized scanner. The fabricated endoscope has an outer diameter of 3 mm, a rigid length of 4 cm, and acquires images at 4  frames/s per focal plane, with lateral and axial resolutions for two-photon imaging of 0.8 and 10 μm, respectively.

© 2012 Optical Society of America

PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. W. R. Zipfel, R. M. Williams, R. Christie, A. Y. Nikitin, B. T. Hyman, and W. W. Webb, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 7075 (2003).
    [CrossRef]
  2. S. Mukherjee, J. S. Wysock, C. K. Ng, M. Akhtar, S. Perner, M. M. Lee, M. A. Rubin, F. R. Maxfield, W. W. Webb, and D. S. Scherr, Proc. SPIE 7161, 716117-1 (2009).
  3. C. J. Engelbrecht, R. S. Johnston, E. J. Seibel, and F. Helmchen, Opt. Express 16, 5556 (2008).
    [CrossRef]
  4. Y. Wu, Y. Zhang, J. Xi, M. Li, and X. Li, J. Biomed. Opt. 15, 060506-1 (2010).
  5. H. Bao, J. Allen, R. Pattie, R. Vance, and M. Gu, Opt. Lett. 33, 1333 (2008).
    [CrossRef]
  6. F. Helmchen, M. S. Fee, D. W. Tank, and W. Denk, Neuron 31, 903 (2001).
    [CrossRef]
  7. J. Bewersdorf, A. Egner, and S. W. Hell, Handbook of Biological Confocal Microscopy, J. B. Pawley, ed. (Springer Science+Business Media, 2006).
  8. K. H. Kim, C. Buehler, K. Bahlmann, T. Ragan, W. A. Lee, E. Nedivi, E. L. Heffer, S. Fantini, and P. T. C. So, Opt. Express 15, 11658 (2007).
    [CrossRef]
  9. R. Carriles, K. E. Sheetz, E. E. Hoover, J. A. Squier, and V. Barzda, Opt. Express 16, 10364 (2008).
    [CrossRef]
  10. D. R. Rivera, C. M. Brown, D. G. Ouzounov, I. Pavlova, D. Kobat, W. W. Webb, and C. Xu, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 17598 (2011).
    [CrossRef]
  11. T. A. Pologruto, B. L. Sabatini, and K. Svoboda, Biomed. Eng. 2, 13 (2003).
    [CrossRef]
  12. W. Cheong, S. A. Prahl, and A. J. Welsch, IEEE J. Quantum Electron. 26, 2166 (1990).
    [CrossRef]
  13. C. Xu, W. Zipfel, J. B. Shear, R. M. Williams, and W. W. Webb, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93, 10763 (1996).
    [CrossRef]
  14. A. Schonle and S. W. Hell, Opt. Lett. 23, 325 (1998).
    [CrossRef]
  15. A. Hopt and E. Neher, Biophys J. 80, 2029 (2001).
    [CrossRef]
  16. D. Kleinfeld, P. P. Mitra, F. Helmchen, and W. Denk, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95, 15741 (1998).
    [CrossRef]

2011 (1)

D. R. Rivera, C. M. Brown, D. G. Ouzounov, I. Pavlova, D. Kobat, W. W. Webb, and C. Xu, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 17598 (2011).
[CrossRef]

2010 (1)

Y. Wu, Y. Zhang, J. Xi, M. Li, and X. Li, J. Biomed. Opt. 15, 060506-1 (2010).

2009 (1)

S. Mukherjee, J. S. Wysock, C. K. Ng, M. Akhtar, S. Perner, M. M. Lee, M. A. Rubin, F. R. Maxfield, W. W. Webb, and D. S. Scherr, Proc. SPIE 7161, 716117-1 (2009).

2008 (3)

2007 (1)

2003 (2)

W. R. Zipfel, R. M. Williams, R. Christie, A. Y. Nikitin, B. T. Hyman, and W. W. Webb, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 7075 (2003).
[CrossRef]

T. A. Pologruto, B. L. Sabatini, and K. Svoboda, Biomed. Eng. 2, 13 (2003).
[CrossRef]

2001 (2)

F. Helmchen, M. S. Fee, D. W. Tank, and W. Denk, Neuron 31, 903 (2001).
[CrossRef]

A. Hopt and E. Neher, Biophys J. 80, 2029 (2001).
[CrossRef]

1998 (2)

D. Kleinfeld, P. P. Mitra, F. Helmchen, and W. Denk, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95, 15741 (1998).
[CrossRef]

A. Schonle and S. W. Hell, Opt. Lett. 23, 325 (1998).
[CrossRef]

1996 (1)

C. Xu, W. Zipfel, J. B. Shear, R. M. Williams, and W. W. Webb, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93, 10763 (1996).
[CrossRef]

1990 (1)

W. Cheong, S. A. Prahl, and A. J. Welsch, IEEE J. Quantum Electron. 26, 2166 (1990).
[CrossRef]

Akhtar, M.

S. Mukherjee, J. S. Wysock, C. K. Ng, M. Akhtar, S. Perner, M. M. Lee, M. A. Rubin, F. R. Maxfield, W. W. Webb, and D. S. Scherr, Proc. SPIE 7161, 716117-1 (2009).

Allen, J.

Bahlmann, K.

Bao, H.

Barzda, V.

Bewersdorf, J.

J. Bewersdorf, A. Egner, and S. W. Hell, Handbook of Biological Confocal Microscopy, J. B. Pawley, ed. (Springer Science+Business Media, 2006).

Brown, C. M.

D. R. Rivera, C. M. Brown, D. G. Ouzounov, I. Pavlova, D. Kobat, W. W. Webb, and C. Xu, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 17598 (2011).
[CrossRef]

Buehler, C.

Carriles, R.

Cheong, W.

W. Cheong, S. A. Prahl, and A. J. Welsch, IEEE J. Quantum Electron. 26, 2166 (1990).
[CrossRef]

Christie, R.

W. R. Zipfel, R. M. Williams, R. Christie, A. Y. Nikitin, B. T. Hyman, and W. W. Webb, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 7075 (2003).
[CrossRef]

Denk, W.

F. Helmchen, M. S. Fee, D. W. Tank, and W. Denk, Neuron 31, 903 (2001).
[CrossRef]

D. Kleinfeld, P. P. Mitra, F. Helmchen, and W. Denk, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95, 15741 (1998).
[CrossRef]

Egner, A.

J. Bewersdorf, A. Egner, and S. W. Hell, Handbook of Biological Confocal Microscopy, J. B. Pawley, ed. (Springer Science+Business Media, 2006).

Engelbrecht, C. J.

Fantini, S.

Fee, M. S.

F. Helmchen, M. S. Fee, D. W. Tank, and W. Denk, Neuron 31, 903 (2001).
[CrossRef]

Gu, M.

Heffer, E. L.

Hell, S. W.

A. Schonle and S. W. Hell, Opt. Lett. 23, 325 (1998).
[CrossRef]

J. Bewersdorf, A. Egner, and S. W. Hell, Handbook of Biological Confocal Microscopy, J. B. Pawley, ed. (Springer Science+Business Media, 2006).

Helmchen, F.

C. J. Engelbrecht, R. S. Johnston, E. J. Seibel, and F. Helmchen, Opt. Express 16, 5556 (2008).
[CrossRef]

F. Helmchen, M. S. Fee, D. W. Tank, and W. Denk, Neuron 31, 903 (2001).
[CrossRef]

D. Kleinfeld, P. P. Mitra, F. Helmchen, and W. Denk, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95, 15741 (1998).
[CrossRef]

Hoover, E. E.

Hopt, A.

A. Hopt and E. Neher, Biophys J. 80, 2029 (2001).
[CrossRef]

Hyman, B. T.

W. R. Zipfel, R. M. Williams, R. Christie, A. Y. Nikitin, B. T. Hyman, and W. W. Webb, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 7075 (2003).
[CrossRef]

Johnston, R. S.

Kim, K. H.

Kleinfeld, D.

D. Kleinfeld, P. P. Mitra, F. Helmchen, and W. Denk, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95, 15741 (1998).
[CrossRef]

Kobat, D.

D. R. Rivera, C. M. Brown, D. G. Ouzounov, I. Pavlova, D. Kobat, W. W. Webb, and C. Xu, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 17598 (2011).
[CrossRef]

Lee, M. M.

S. Mukherjee, J. S. Wysock, C. K. Ng, M. Akhtar, S. Perner, M. M. Lee, M. A. Rubin, F. R. Maxfield, W. W. Webb, and D. S. Scherr, Proc. SPIE 7161, 716117-1 (2009).

Lee, W. A.

Li, M.

Y. Wu, Y. Zhang, J. Xi, M. Li, and X. Li, J. Biomed. Opt. 15, 060506-1 (2010).

Li, X.

Y. Wu, Y. Zhang, J. Xi, M. Li, and X. Li, J. Biomed. Opt. 15, 060506-1 (2010).

Maxfield, F. R.

S. Mukherjee, J. S. Wysock, C. K. Ng, M. Akhtar, S. Perner, M. M. Lee, M. A. Rubin, F. R. Maxfield, W. W. Webb, and D. S. Scherr, Proc. SPIE 7161, 716117-1 (2009).

Mitra, P. P.

D. Kleinfeld, P. P. Mitra, F. Helmchen, and W. Denk, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95, 15741 (1998).
[CrossRef]

Mukherjee, S.

S. Mukherjee, J. S. Wysock, C. K. Ng, M. Akhtar, S. Perner, M. M. Lee, M. A. Rubin, F. R. Maxfield, W. W. Webb, and D. S. Scherr, Proc. SPIE 7161, 716117-1 (2009).

Nedivi, E.

Neher, E.

A. Hopt and E. Neher, Biophys J. 80, 2029 (2001).
[CrossRef]

Ng, C. K.

S. Mukherjee, J. S. Wysock, C. K. Ng, M. Akhtar, S. Perner, M. M. Lee, M. A. Rubin, F. R. Maxfield, W. W. Webb, and D. S. Scherr, Proc. SPIE 7161, 716117-1 (2009).

Nikitin, A. Y.

W. R. Zipfel, R. M. Williams, R. Christie, A. Y. Nikitin, B. T. Hyman, and W. W. Webb, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 7075 (2003).
[CrossRef]

Ouzounov, D. G.

D. R. Rivera, C. M. Brown, D. G. Ouzounov, I. Pavlova, D. Kobat, W. W. Webb, and C. Xu, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 17598 (2011).
[CrossRef]

Pattie, R.

Pavlova, I.

D. R. Rivera, C. M. Brown, D. G. Ouzounov, I. Pavlova, D. Kobat, W. W. Webb, and C. Xu, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 17598 (2011).
[CrossRef]

Perner, S.

S. Mukherjee, J. S. Wysock, C. K. Ng, M. Akhtar, S. Perner, M. M. Lee, M. A. Rubin, F. R. Maxfield, W. W. Webb, and D. S. Scherr, Proc. SPIE 7161, 716117-1 (2009).

Pologruto, T. A.

T. A. Pologruto, B. L. Sabatini, and K. Svoboda, Biomed. Eng. 2, 13 (2003).
[CrossRef]

Prahl, S. A.

W. Cheong, S. A. Prahl, and A. J. Welsch, IEEE J. Quantum Electron. 26, 2166 (1990).
[CrossRef]

Ragan, T.

Rivera, D. R.

D. R. Rivera, C. M. Brown, D. G. Ouzounov, I. Pavlova, D. Kobat, W. W. Webb, and C. Xu, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 17598 (2011).
[CrossRef]

Rubin, M. A.

S. Mukherjee, J. S. Wysock, C. K. Ng, M. Akhtar, S. Perner, M. M. Lee, M. A. Rubin, F. R. Maxfield, W. W. Webb, and D. S. Scherr, Proc. SPIE 7161, 716117-1 (2009).

Sabatini, B. L.

T. A. Pologruto, B. L. Sabatini, and K. Svoboda, Biomed. Eng. 2, 13 (2003).
[CrossRef]

Scherr, D. S.

S. Mukherjee, J. S. Wysock, C. K. Ng, M. Akhtar, S. Perner, M. M. Lee, M. A. Rubin, F. R. Maxfield, W. W. Webb, and D. S. Scherr, Proc. SPIE 7161, 716117-1 (2009).

Schonle, A.

Seibel, E. J.

Shear, J. B.

C. Xu, W. Zipfel, J. B. Shear, R. M. Williams, and W. W. Webb, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93, 10763 (1996).
[CrossRef]

Sheetz, K. E.

So, P. T. C.

Squier, J. A.

Svoboda, K.

T. A. Pologruto, B. L. Sabatini, and K. Svoboda, Biomed. Eng. 2, 13 (2003).
[CrossRef]

Tank, D. W.

F. Helmchen, M. S. Fee, D. W. Tank, and W. Denk, Neuron 31, 903 (2001).
[CrossRef]

Vance, R.

Webb, W. W.

D. R. Rivera, C. M. Brown, D. G. Ouzounov, I. Pavlova, D. Kobat, W. W. Webb, and C. Xu, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 17598 (2011).
[CrossRef]

S. Mukherjee, J. S. Wysock, C. K. Ng, M. Akhtar, S. Perner, M. M. Lee, M. A. Rubin, F. R. Maxfield, W. W. Webb, and D. S. Scherr, Proc. SPIE 7161, 716117-1 (2009).

W. R. Zipfel, R. M. Williams, R. Christie, A. Y. Nikitin, B. T. Hyman, and W. W. Webb, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 7075 (2003).
[CrossRef]

C. Xu, W. Zipfel, J. B. Shear, R. M. Williams, and W. W. Webb, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93, 10763 (1996).
[CrossRef]

Welsch, A. J.

W. Cheong, S. A. Prahl, and A. J. Welsch, IEEE J. Quantum Electron. 26, 2166 (1990).
[CrossRef]

Williams, R. M.

W. R. Zipfel, R. M. Williams, R. Christie, A. Y. Nikitin, B. T. Hyman, and W. W. Webb, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 7075 (2003).
[CrossRef]

C. Xu, W. Zipfel, J. B. Shear, R. M. Williams, and W. W. Webb, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93, 10763 (1996).
[CrossRef]

Wu, Y.

Y. Wu, Y. Zhang, J. Xi, M. Li, and X. Li, J. Biomed. Opt. 15, 060506-1 (2010).

Wysock, J. S.

S. Mukherjee, J. S. Wysock, C. K. Ng, M. Akhtar, S. Perner, M. M. Lee, M. A. Rubin, F. R. Maxfield, W. W. Webb, and D. S. Scherr, Proc. SPIE 7161, 716117-1 (2009).

Xi, J.

Y. Wu, Y. Zhang, J. Xi, M. Li, and X. Li, J. Biomed. Opt. 15, 060506-1 (2010).

Xu, C.

D. R. Rivera, C. M. Brown, D. G. Ouzounov, I. Pavlova, D. Kobat, W. W. Webb, and C. Xu, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 17598 (2011).
[CrossRef]

C. Xu, W. Zipfel, J. B. Shear, R. M. Williams, and W. W. Webb, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93, 10763 (1996).
[CrossRef]

Zhang, Y.

Y. Wu, Y. Zhang, J. Xi, M. Li, and X. Li, J. Biomed. Opt. 15, 060506-1 (2010).

Zipfel, W.

C. Xu, W. Zipfel, J. B. Shear, R. M. Williams, and W. W. Webb, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93, 10763 (1996).
[CrossRef]

Zipfel, W. R.

W. R. Zipfel, R. M. Williams, R. Christie, A. Y. Nikitin, B. T. Hyman, and W. W. Webb, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 7075 (2003).
[CrossRef]

Biomed. Eng. (1)

T. A. Pologruto, B. L. Sabatini, and K. Svoboda, Biomed. Eng. 2, 13 (2003).
[CrossRef]

Biophys J. (1)

A. Hopt and E. Neher, Biophys J. 80, 2029 (2001).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron. (1)

W. Cheong, S. A. Prahl, and A. J. Welsch, IEEE J. Quantum Electron. 26, 2166 (1990).
[CrossRef]

J. Biomed. Opt. (1)

Y. Wu, Y. Zhang, J. Xi, M. Li, and X. Li, J. Biomed. Opt. 15, 060506-1 (2010).

Neuron (1)

F. Helmchen, M. S. Fee, D. W. Tank, and W. Denk, Neuron 31, 903 (2001).
[CrossRef]

Opt. Express (3)

Opt. Lett. (2)

Proc. Natl. Acad. Sci. USA (4)

W. R. Zipfel, R. M. Williams, R. Christie, A. Y. Nikitin, B. T. Hyman, and W. W. Webb, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 7075 (2003).
[CrossRef]

D. R. Rivera, C. M. Brown, D. G. Ouzounov, I. Pavlova, D. Kobat, W. W. Webb, and C. Xu, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 17598 (2011).
[CrossRef]

C. Xu, W. Zipfel, J. B. Shear, R. M. Williams, and W. W. Webb, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93, 10763 (1996).
[CrossRef]

D. Kleinfeld, P. P. Mitra, F. Helmchen, and W. Denk, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95, 15741 (1998).
[CrossRef]

Proc. SPIE (1)

S. Mukherjee, J. S. Wysock, C. K. Ng, M. Akhtar, S. Perner, M. M. Lee, M. A. Rubin, F. R. Maxfield, W. W. Webb, and D. S. Scherr, Proc. SPIE 7161, 716117-1 (2009).

Other (1)

J. Bewersdorf, A. Egner, and S. W. Hell, Handbook of Biological Confocal Microscopy, J. B. Pawley, ed. (Springer Science+Business Media, 2006).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Metrics