מאמר שיטה

ספקטרומטר פיזור מהיר ברילואן מגורה מכ לניתוח גשמי

9.9K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/55527

⸱

22 בספטמבר 2017

 ,  , 
1Biomedical Engineering Department, Ben-Gurion University of the Negev, 2Ilse Katz Institute for Nanoscale Science and Technology, Ben-Gurion University of the Negev

במאמר זה

סיכום

אנו מתארים את בניית ספקטרומטר (CW-SBS) מהירה continuous-wave-גירוי-ברילואן-פיזור. ספקטרומטר מעסיקה בתדר יחיד דיודות-לייזר, אדי אטומי חריץ-מסנן כדי לרכוש שידור ספקטרום של דגימות עכורים/הלא-עכורים עם רזולוציה גבוהה ספקטרלי-מהירויות של עד 100-fold מהר יותר מאשר אלה של ספקטרומטרים CW-SBS הקיים. שיפור זה מאפשר ניתוח גשמי ברילואן במהירות גבוהה.

תקציר

בשנים האחרונות עדים לעליה משמעותית השימוש ספקטרומטרים ברילואן ספונטנית לניתוח ללא מגע של חומר רך, כגון פתרונות מימית, biomaterials, עם רכישת מהר פעמים. כאן, נדון ההרכבה ואת הפעולה של ספקטרומטר ברילואן המשתמשת מגורה פיזור ברילואן (SBS) כדי למדוד את מגורה ברילואן רווח (SBG) ספקטרום של השומנים והמים מבוסס-אמולסיה רקמות כמו דגימות במצב שידור עם < 10 מגה-הרץ ספקטרלי ברזולוציה, < 35 דיוק המדידה ברילואן מגה -הרץ-shift-< 100 גב ספקטרומטר מורכב משני כמעט נגד הפצת לייזרים צר-linewidth (CW) מכ-780 nm detuning תדר אשר נסרק באמצעות shift ברילואן גשמי. באמצעות מסנן חריץ אולטרה-שאיכות חם אדי רובידיום-85 וגלאי רגיש שלב, האות ל הרעש-היחס-של האות SBG מועצמת באופן משמעותי בהשוואה לזה שהושג עם ספקטרומטרים CW-SBS הקיים. שיפור זה מאפשר מדידה של SBG ספקטרה עם 100-fold עד רכישת מהר יותר פעמים, ובכך להקל גבוהה ברזולוציה ספקטרלי דיוק גבוהה ברילואן וניתוח מחומרים קלים במהירות גבוהה.

מבוא

ספקטרוסקופיה ברילואן ספונטנית הקימה, בשנים האחרונות, כמו בגישה ערך לניתוח מכאנית של חומרים רכים, כגון נוזלים, רקמות אמיתי, בפאנטומים רקמה ביולוגית תאים1,2, 3,4,5,6,7. בגישה זו, לייזר יחיד מאירה את הדגימה, אור inelastically מפוזרים מפני גלים אקוסטיים תרמי ספונטני במדיום נאסף על ידי ספקטרומטר, מתן מידע שימושי על המאפיינים viscoelastic של המדגם. הקשת ברילואן ספונטנית כוללת שתי הפסגות ברילואן סטוקס אקוסטית, סטוקס אנטי מגנטיים של החומר לשיא ר....

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

הערה: אלא אם צוין אחרת, (i) לחבר כל טעינות כדי לפרסם מחזיקי והדק הבסיסים פוסט עם מזלג clamping או הרכבה בסיס השולחן האופטי ופלט (ii) השתמש לייזר סמכויות mW 2-10 עבור כל שגרות יישור.

הערה: להפעיל את כל התקני חשמל/מעגל בכיוונון ולאפשר 30 דקות של חימום לפני הזמן להשתמש.

1. הכן את רכב הגישוש קרן אופטי

  1. הר וליישר את קולימטור סיב לייזר בדיקה.
    1. התחבר סיב קלט 33:67 FC/APC קיטוב-שמירה על סיבים ספליטר (T של FS יציאה 1) כדי מחבר סיב לייזר בדיקה. לחבר סיבים 67%-פלט של המפצל סיבים (יציאה 1 של FS 1) קולימטור סיבים (ג 1). לצרף את קולימטור סיבים הר קנטית 6-ציר....

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

דמויות 2b ו- 3b להציג טיפוסי נקודה SBG ספקטרום של מים מזוקקים ורקמות השומנים-אמולסיה דגימות פנטום (עם 2.25 פיזור ואירועים של מקדם הנחתה של 45 ס מ-1) נמדד בתוך 10 ms ו- 100 ms, בהתאמה. לשם השוואה, מדדנו את ספקטרום SBG ב 10 s כפי שמוצג דמויות 2a ו- 3a. במדידות האלה, התא רובידיום-85 אדי היה מחומם ל 90 ° C attenuating משאבת תועה הרהורים על ידי ~ 104 , משדר > 95% של בדיקה אור; רמות היו לתחזק יציבים במ.......

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

המערכת, המוצגת באיור 1, תוכנן להיבנות על 18'' x 24'' בממרח שניתן להרכיבו אנכית על טבלת אופטי, הקלת השמה של דגימות דומעות. כתוצאה מכך, חשוב בחריפות כל אלמנטים אופטיים ומכניים ומסייעים להבטיח כי הקורות משאבת, בדיקה קוליניאריות, קונצנטריים עם אלמנטים שונים לפני מאירה את הדגימה בגיאומטריה מהציר.

קשיים בלימוד את ברילואן מאולצת לקבל אות עלולים לגרום השתקפויות משאבת תועה מוגזם את המסיכה רווח ברילואן חלש של דגימות מימית (~ 10-6). כדי להתייחס לקשיים אלה, ודא תחילה החדר ממוקם.......

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

המחברים אין לחשוף.

תודות

IR הוא מודה קרן עזריאלי על הפרס מלגת הדוקטורט.

....

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
ראש ובקר לייזר דיודת בדיקהToptica PhotonicsSYST DL-100-DFBכמות: 1
משאבה לייזר דיודה מוגברת ובקרToptica PhotonicsSYST TA-pro-DFBכמות: 1
FC/APC תחנת עגינה לסיביםToptica PhotonicsFiberDock כמות: 3
קיטוב במצב יחיד בעוצמה גבוהה שמירה על תיקון סיבים FC / APCToptica PhotonicsOE-000796כמות: 1
קולימציה של סיבים FC / APC עם אופטיקה קולימציה מתכווננתToptica PhotonicsFiberOutכמות: 1
קולימטור קבוע סיבים FC / APCאופטיקה OZ OpticsHPUCO-33A-780-P-6.1-ASכמות: 1
קיטוב במצב יחיד שומר על מפצל סיבים 33: 67אופטיקה OZFOBS-12P-111-4/125-PPP-780-67/33-40-3A3A3A-3-1כמות: 1
קיטוב במצב יחיד שמירה על מפצל סיבים 50:50OZ אופטיקהFOBS-12P-111-4/125-PPP-780-50/50-40-3S3A3A-3-1כמות: 1
f=25 מ"מ, Ø 1/2 אינץ' כפול אכרומטי, תושבת הברגה SM05, ARC: 650-1050 ננומטרThorlabsAC127-025-B-MLכמות: 1
f=30 מ"מ, Ø 1 אינץ' כפול אכרומטי, תושבת הברגה SM1, ARC: 650-1050 ננומטרThorlabsAC254-30-B-MLכמות: 2
f=50 מ"מ, Ø 1 אינץ' כפול אכרומטי, תושבת הברגה SM1, ARC: 650-1050 ננומטרThorlabsAC254-50-B-MLכמות: 1
f=100 מ"מ, Ø 1 אינץ' כפול אכרומטי, תושבת הברגה SM1, ARC: 650-1050 ננומטרThorlabs AC254-100-B-MLכמות: 1
f = 200 מ"מ, Ø 1 אינץ' כפול אכרומטי, תושבת הברגה SM1, ARC: 650-1050 ננומטרThorlabs AC254-200-B-MLכמות: 1
Ø מראה דיאלקטרית בפס רחב 1/2 אינץ', 750-1100 ננומטרThorlabs BB05-E03כמות: 4
Ø מראה דיאלקטרית בפס רחב בגודל 1 אינץ', 750-1100 ננומטרThorlabs BB1-E03כמות: 2
קוביית מפצל קרן מקטבת בגודל 1 אינץ', 780 ננומטרThorlabs PBS25-780כמות: 1
Ø מקטב ליניארי בגודל 1 אינץ' עם חלונות מגן N-BK7, 600-1100 ננומטרThorlabs LPNIRE100-Bכמות: 1
אינטרפרומטר גזירה עם צלחת גזירה בקוטר קרן 1-3 מ"מThorlabsSI035כמות: 1
תושבת אופטית קינמטית נעילה 6 ציריםThorlabs K6XSכמות: 4
פלטפורמה קומפקטית בעלת חמישה ציריםThorlabs PY005כמות: 1
מתאם הרכבה הדום לפלטפורמת 5 ציריםThorlabs PY005A2כמות: 1
Polaris סחיפה נמוכה ואוסלאש; תושבת מראה קינמטית בגודל 1/2 אינץ', 3 מכווניםThorlabs POLARIS-K05כמות: 4
תושבת עדשה עבור Ø 1 אינץ' אופטיקהThorlabs LMR1כמות: 5
מתאם עם חוטי SM1 חיצוניים וחוטי SM05 פנימיים, עובי 0.40 אינץ'Thorlabs SM1A6Tכמות: 1
תושבת סיבוב עבור Ø 1 אינץ' אופטיקהThorlabs RSP1כמות: 2
1 אינץ' תושבת פריזמה קינמטיתThorlabs KM100PMכמות: 1
דיאפרגמת קשתית SM1 מופעלת טבעת מדורגתThorlabs SM1D12Cכמות: 1
דיאפרגמת קשתית לאחר הרכוב, Ø צמצם מקסימלי של 12.0 מ"מThorlabsID12כמות:
2 1/2 אינץ' שלב תרגום עם מיקרומטר סטנדרטיThorlabsMT1כמות: 3
Ø עמוד עמוד הדום 1 אינץ', 8-32 ברזים, L = 1 אינץ'ThorlabsRS1P8Eכמות: 1
Ø עמוד עמוד הדום 1 אינץ', 8-32 ברזים, L = 1.5 אינץ'ThorlabsRS1.5P8Eכמות: 2
Ø עמוד עמוד הדום 1 אינץ', 8-32 ברזים, L = 2 אינץ'ThorlabsRS2P8Eכמות: 4
Ø עמוד עמוד הדום 1 אינץ', 8-32 ברזים, L = 2.5 אינץ'ThorlabsRS2.5P8Eכמות: 1
Ø עמוד עמוד הדום 1 אינץ', 8-32 ברזים, L = 3 אינץ'ThorlabsRS3P8Eכמות: 4
מזלג הידוק קצרThorlabsCF125כמות: 12
בסיס הרכבהThorlabsBA1Sכמות: 8
V-Clamp גדול עם זרוע הידוק PM4, אורך 2.5 אינץ', ImperialThorlabsVC3Cכמות: 1
ואוסלאש; מחזיק עמוד 1/2 אינץ', בורג אגודל נעילת משושה קפיצי, L = 1 אינץ'ThorlabsPH1כמות: 2
Ø מחזיק עמוד 1/2 אינץ', בורג אגודל נעילת משושה קפיצי, L = 1.5 אינץ'ThorlabsPH1.5כמות: 2
Ø מחזיק עמוד 1/2 אינץ', בורג אגודל נעילת משושה קפיצי, L = 2 אינץ'ThorlabsPH2כמות: 6
Ø 1/2 אינץ' עמוד אופטי, SS, 8-32 בורג, 1/4 אינץ'-20 ברז, L = 1 אינץ'ThorlabsTR1כמות: 2
Ø 1/2 אינץ' עמוד אופטי, SS, בורג 8-32, 1/4 אינץ'-20 ברז, L = 1.5 אינץ'ThorlabsTR1.5כמות: 2
Ø 1/2 אינץ' עמוד אופטי, SS, 8-32 בורג, 1/4 אינץ'-20 ברז, L = 2 אינץ'ThorlabsTR2כמות: 6
לוח לחם אלומיניום 18 אינץ' x 24 אינץ' x 1/2 אינץ', 1/4 אינץ' -20 ברזיםThorlabsMB1824כמות: 1
12 אינץ' סוגר אנכי ללוחות לחם, 1/4 אינץ' -20 חורים, 1 חתיכהThorlabsVB01כמות: 2
Si photodiode, 40 ns זמן עלייה, 400 - 1100 ננומטר, 10 מ"מ x 10 מ"מ שטח פעילThorlabs FDS1010כמות: 1
לוחית גל, סדר אפס, 1/4 גל 780 ננומטראופטיקה מגדלZ-17.5-A-.250-B-780כמות: 2
לוחית גל, סדר אפס, 1/2 גל 780 ננומטראופטיקה מגדלZ-17.5-A-.500-B-780כמות: 1
גלאי פוטו במהירות גבוהה במיוחד מצמד סיביםניופורט1434כמות: 1
גימבל תושבת מירור אופטיתניופורטU100-G2H ULTIMAכמות: 3
שלבים ליניאריים עם טווח נסיעה של 25 מ"מניופורט  M-423 כמות: 1
מיקרומטר דיפרנציאלי הניתן לנעילה, 25 מ"מ גס, 0.2 מ"מ עדין, עומס 11 ק"גניופורט  כמות DM-25L: 1
XYZ שלב ליניארי מנועמכשור מדעי יישומיLS-50כמות: בקר 3
שלביםמכשור מדעי יישומיMS-2000כמות: 1
מחזיק לדוגמאתוצרת ביתמותאמת אישית: 1
רובידיום 85 תא ספקטרוסקופיה סיליקה התמזגה עם חלונות שטוחים מצופים AR, אורך 150 מ"מ, פוטוניקה בקוטר 25 מ"מ טכנולוגיותSC-RB85-25x150-Q-ARכמות: 1
רפידה מוליכה תרמית 300 מ"מ x 300 מ"מBERGQUISTQ3AC 300MMX300MM גיליוןכמות: 1
סרט חום 0.15 מ"מ x 2.5  מ"מ x 5 מ', 4.29  W/mKANTHAL8908271כמות: 1
קלטת פוליטטרפלואורואתילן 1/2 אינץ' x 12 מ'קלטת טפלוןRGDכמות: 1
משקף מסנן פס פס סורג בראגOptiGrateSPC-780כמות: 1
מודולטור אופטי aousto בתדירות גבוההGooch and Housego15210כמות: 1
דרייבר RF מודולטור אופטי של Aousto, תדירות: 210 מגה-הרץ Gooch and HousegoMHP210-1ADS2-A1כמות: 1
מגבר נעילה בתדירות גבוהה סטנפורד מערכות מחקרSR844כמות: 1
מונה תדריםמטריצת פאזהEIP 578Bכמות: 1
פונקציה שרירותית מחוללTektronixAFG2021כמות: 2
מודול רכישת נתונים (DAQ)National Instruments NIUSB-6212 BNCכמות: 1
תוכנת רכישת נתונים (DAQ) National InstrumentsLabVIEW 2014כמות: 1
ספק כוח DC מוסדר  כפול 0-30V 5AMEILIMCH-305D-IIכמות: 1
צמד תרמיMRCTP-01כמות: 1
מדחוםMRCTM-5007כמות: 1
מסנן קואקסיאלי מעביר נמוך DC-1.9 מגה-הרץמיני מעגליםBLP-1.9 +כמות: 1
20% תחליב שומנים-תחליבSigma-AldrichI141-100 מ"לכמות: 1
זכוכית כיסוי עגולה בקוטר 25 מ"מ עובי:1 #Menzel Glaser150285כמות: 1
תוכנה חישובית MathWorksMATLAB 2015a
כמות

מקורות

  1. Koski, K. J., Akhenblit, P., McKiernan, K., Yarger, J. L. Non-invasive determination of the complete elastic moduli of spider silks. Nat. Mater. 12 (3), 262-267 (2013).
  2. Palombo, F., Madami, M., Stone, N., Fioretto, D. Mechanical mapping with chemical specificity b....

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

Lock in Amplifier

מאמרים קשורים