דחיית רקע הקרינה תהודה ו microspectroscopy ראמאן ספונטנית

אנחנו דנים הקמה ותפעול של מערכת מורכבת אופטית לא לינארית המשתמשת מיתוג מהירים כל אופטי לבודד ראמאן אותות הקרינה. באמצעות מערכת זו אנו מסוגלים להפריד בהצלחה אותות רמן הקרינה ניצול אנרגיות וכוחות הדופק הממוצע להישאר בטוחים מבחינה ביולוגית.

מטרת הליך זה היא לבנות הליכה אופטית לחלוטין המעבירה אור מפוזר ראמאן תוך דחיית אותות פלואורסצנטיים. זה מושג על ידי ריגוש ומקטב תחילה של פיזור הראמאן. השלב השני של ההליך הוא הכנת קורת המשאבה להפעלת השער.

שלישית, יש לכוונן את המשאבה והאיל והפולסים כך שהם חופפים. השלב האחרון של ההליך הוא רכישת ספקטרום מגודר בזמן. בסופו של דבר, ניתן להשיג תוצאות המראות כימות וסיווג ביוכימי באמצעות ניתוח אותות ראמן עם יחסי אות לרעש גבוהים.

היתרון העיקרי של טכניקה זו על פני שיטות קיימות, כגון הסרת תוכנה של רקע הקרינה, הוא שרעש הזריקה המופק על ידי הקרינה מופחת משמעותית. שיטה זו יכולה לסייע במענה על שאלות מפתח בתחומים הביולוגיים והביו-רפואיים, כגון אפיון לא פולשני של ההרכב הכימי של פלואור אנדוגני בתאי חיידקים ורקמות, הבנת תהליכים תאיים ומחלות כגון סרטן, כלי דם או מחלות ניווניות באמצעות סמנים פנימיים. שיטה זו עשויה לסייע גם בפיתוח בדיקות חדשות שיכולות לשמש הן כתוויות פלואורסצנטיות והן כתוויות RAM, כמו גם עבור חיישנים רפואיים לא פולשניים לניתוח דם.

אם כי שיטה זו יכולה לספק תובנה לגבי מערכות ביולוגיות להנדסה ביו-רפואית. ניתן ליישם אותו גם בתחומים אחרים כגון דלק ביולוגי, מחקר או תעשיית הטלקום. דגימות ביולוגיות מונחות בדרך כלל על תלוש כיסוי בעובי מספר אחד המותקן בתא תא ATO Fluor.

דגימות נוזליות, במיוחד אלה הרעילות לבני אדם, מונחות בבקבוק זכוכית קטן עם החלקת כיסוי המודבקת לפתח באמצעות אפוקסי סיליקון, אשר לאחר מכן הופכת למדידה למקם דגימות על השלב המשני המותקן על גבי שלב המיקרוסקופ שיש לו בקרת מיקוד עצמאית משלו על מנת לקחת זמן ספקטרום ראמן מגודר, ראשית, יש להכין את קרן העירור כראוי. התחל עם אור הבוקע מלייזר ספיר GI פועם מתכוונן של 2.4 וואט. כל פולס ברכבת הפולסים של 80 מגה-הרץ צריך להיות בעל 30 ננו ג'אול של אנרגיה, רוחב זמני של 140 פמטו-שנייה וספקטרום שבמרכזו 808 ננומטר עם רוחב פס ספקטרלי של כשישה ננומטר כדי למנוע השתקפויות אחוריות להיכנס מחדש לחלל הלייזר, יש להעביר את האור דרך מקום מבודד פאראדיי, לוחית חצי גל לפני מבודד פאראדיי כדי לאפשר כוונון רציף של ההספק הכולל שנשלח לתוך מערכת.

מכיוון ששישה ננומטר הם רוחב פס רחב מדי כדי לפתור את רוב מצבי הראמן, האלומה נשלחת דרך מסנן מעבר פס צר מאוד. שלח אותו ב 808 ננומטר. לאחר מכן, השתמש בכפיל ארומטי כדי למקד את האור על קדח בטא בריום של חמישה מילימטרים.

שמונה גבישים עד מחצית אורך הגל מ-808 ננומטר ל-404 ננומטר. הנח את גביש הבטא בריום באט בתושבת עם פקדי קצה והטיה המותקנים על שלב תרגום. כדי למקסם את היעילות של המרת אורך הגל, יש למקם את הגביש במדויק סימטרי סביב מוקד הכפיל ועם ציר הגביש שלו מיושר לקיטוב של האלומה הנכנסת.

מכיוון שהיעילות של המרת אורך הגל תלויה בקיטוב, ניתן להשיג שליטה על כמות האור הנשלחת לדגימה על ידי הצבת לוחית חצי גל שנייה לאחר מבודד פאראדיי. על ידי סיבוב לוחית גל זו, ניתן לכוונן את עוצמת האור הנשלחת לדגימה ללא תלות בעוצמה הנשלחת בקרן המשאבה. האור המומר באורך הגל מוחזר לאחר מכן על ידי כפיל ארומטי שני שנבחר כך שהאלומה המרגשת גדולה מספיק כדי למלא את הצמצם האחורי של אובייקט המיקרוסקופ ומכוונת למיקרוסקופ הפוך באמצעות שתי מראות היגוי.

מטרת המיקרוסקופ מגדירה את הציר האופטי ליישור קרן העירור לציר זה. הניחו מראה במישור הדגימה של המיקרוסקופ. לאחר מכן שתי מראות ההיגוי מכוונות באופן איטרטיבי תוך התבוננות בקרן הלייזר המוחזרת האחורית במצלמת CCD המחוברת ליציאת ההדמיה של המיקרוסקופ.

בהנחה שהתמונה במצלמה מרוכזת בשדה הראייה של המיקרוסקופ, הקרן נמצאת על ציר. כאשר נקודת המוקד מרוכזת בשבב המיקרוסקופ ותרגום המטרה לאורך ציר Z אינו משתנה. נקודת המרכז של פיזור ראמן הקרן הלא ממוקדת מתרחשת כאשר הדגימה ממוקמת במישור הדגימה ומוקרנת באור לייזר.

מסנן דיכרואי הממוקם מתחת לאובייקט המיקרוסקופ מפריד בין הגל שהוסט. ראמן פיזר אור מקרן העירור המכוונת את האור המפוזר של הראמן ליציאה הצדדית של המיקרוסקופ. המיקרוסקופ שונה כדי להסיר את כל העדשות בנתיב זה, כך שאור האות יוצא מהמיקרוסקופ המצופה מכיוון שקרן האות היוצאת מהמיקרוסקופ גדולה יותר מהצמצם השקוף של הבלוטה.

תומפסון מקטב, טלסקופ פי 0.47 הבנוי משני כפולים ארומטיים משמש לכיווץ האלומה. לאחר מכן נורית האות מקוטבת על ידי מקטב בלוטה תומפסון המכוון באפס מעלות ביחס לאנכי במסגרת המעבדה ומכוון למראה דיכרואית שם היא משולבת מחדש עם קרן המשאבה. אלומת המשאבה נשלחת לקו עיכוב המורכב משתי מראות בזווית ישרה זו לזו, שתיהן ממוקמות על שלב תרגום ליניארי הניתן לכוונון כדי להבטיח חפיפה זמנית של המשאבה ופולסי האות.

לאחר קו ההשהיה, האלומה נשלחת דרך לוח אמצע ומקטב בכיוון 45 מעלות ביחס לאנכי במסגרת המעבדה. זה מבטיח את מצב הקיטוב הנכון של קרן המשאבה כאשר היא מגיעה למדיום הלא ליניארי. לאחר מכן האור מוחזר משתי מראות היגוי, אחת עם בקרות פיזואלקטריות, שיש להשתמש בהן כדי להתאים סוף סוף את מיקום אלומת המשאבה כך שהיא חופפת מרחבית לאלומת האות.

כדי להשיג חפיפה זו, התבונן במשאבה ובאלומות האות בשני מקומות, אחד קרוב ואחד רחוק מהמראה הדיכרואית שבה משולבות הקורות על ידי שימוש במראת ההיגוי הראשונה כדי לחפוף את שתי הקורות בנקודה הקרובה ובמראת הפיזו כדי לחפוף את הקורות בנקודה הרחוקה, ניתן ליצור את אלומת המשאבה בדיוק בהתאמה עם קרני האות. לאחר מכן, יש להגדיר את מערכת הגלי והאיסוף כדי למקסם את האות המגודר בזמן שנאסף. לשם כך, המשאבה ואלומות האות מועברות תחילה דרך מסנן DIIC בעל OD של שש ב-404 ננומטר כדי למנוע כל אור עירור שיורי להתרגש ולהתפזר בתוך המדיום הלא ליניארי.

לאחר מכן, המשאבה ואלומות האות ממוקדות על ידי כפיל ארומטי לתוך מסלול קוורץ באורך סנטימטר אחד המכיל את החומר הלא ליניארי, ניתן להשתמש בכל חומר לא ליניארי, בעל אינדקס לא ליניארי גבוה מתאים ותגובה זמנית קצרה מתאימה. הנה. עבור הניסויים האלה אנו משתמשים בפחמן די גופרתי. לאחר מכן האור מוחזר על ידי כפול שני עם אורך מוקד זהה לראשון.

לאחר מכן הקורות מועברות דרך מנתח בלוטה תומפסון על תושבת מסתובבת, ולאחר מכן דרך קבוצה של מסנני ספיגה והפרעות המשולבים בעלי OD של 10 ב-808 ננומטר. לבסוף, נורית האות ממוקדת על ידי כפיל ארומטי לסיב אופטי מולטי-מוד של 50 מיקרון, שבו הסיב מותקן בשלב המאפשר תרגום ב-X, Y ו-Z. לאחר מכן הסיב מחובר לספקטרוגרף הדמיה מסחרי עם מצלמת CCD מחוברת כדי ליישר את מערכת האיסוף כדי למקסם את האות שנאסף, הגדר את המנתח לאפס מעלות והנח דגימת בדיקה של טולואן במישור הדגימה, ייעל את אות ה-Raman שנאסף על ידי התאמת בקרות X, Y ו-Z של תושבת הסיבים כדי להבטיח חפיפה מרחבית וזמנית נכונה של המשאבה וקרני האות. הניחו מראה במישור הדגימה של המיקרוסקופ.

לאחר מכן הסר את מסנן 404 ננומטר מהמערכת. סובב את המנתח ל-90 מעלות כך שקרן הרטרו המוחזרת של 404 ננומטר תישלח לספקטרוגרף עם העוצמה המותאמת כך שהיא לא תרוויח את המצלמה. כעת, כשקרן המשאבה כבויה, סובב את המנתח כדי למזער את האות המשודר של 404 ננומטר.

לאחר מכן הפעל שוב את אלומת המשאבה והתאם לאט את שלב ההשהיה עד שהעברת האור של 404 ננומטר תתחיל לגדול. לאחר מכן סיבוב איטרטיבי, שלב ההשהיה, המראה הפיזואלקטרית ופקדי X, y ו-Z של הסיב כדי למקסם את האות מכיוון שהרטרו השתקף אלומה של 404 ננומטר והאור המפוזר של ראמאן עשויים לקחת נתיבים מעט שונים דרך המערכת. בצע התאמות סופיות על ידי הצבת מפזר רמאן חזק כגון טולואן על הדגימהtage, החלפת מסנן הרמאן וכוונון קל של היישור על ידי שינוי המראה החשמלית של פיזו שלב ההשהיה, ובקרות X, Y ו-Z של הסיב כדי לייעל את אות הראמאן.

כעת המערכת מוכנה לאסוף ספקטרום. זה דורש תחילה רכישה של מספר עקומות רקע כדי לתקן חפצי מערכת. ראשית, כאשר המנתח מוגדר לאפס מעלות, קרן העירור דולקת וקרן המשאבה כבויה.

השג ספקטרום לא מכוון, ולאחר מכן הגדר את המנתח ל-90 מעלות ואסוף ספקטרום רקע המייצג אור תועה הדולף דרך המקטבים. לאחר מכן, כשהמנתח נשאר ב-90 מעלות, כבה את קרן הראמן והפעל את קרן המשאבה. אסוף ספקטרום רקע שני המייצג את כמות אור המשאבה הדולף דרך המסננים הדיכרואיים.

לבסוף, כשכל הלייזרים כבויים, אסוף ספקטרום כהה בסיסי המייצג את רמת הזרם הכהה של המצלמה והאלקטרוניקה. לבסוף הפעל את כל הקורות ואסוף ספקטרום מגודר. כדי לקבל את הספקטרום האמיתי של האור בלבד דרך השער, יש להפחית את שני ספקטרום הרקע והספקטרום הכהה מהספקטרום המגודר הזה.

כאן אנו רואים תרשים סכמטי של מערכת הגלי. נתיב קרן המשאבה מוצג כקו אדום מלא ואילו נתיב ה-SHG מוצג כקו חיל הים המוצק. הנתיב שבו ראמן ופלואורסצנציה חופפים מוצג בירוק.

בעוד שהנתיב שבו הקרינה סוננה באופן זמני מוצג בצהוב. כאן אנו רואים את הספקטרום הגולמי של קומרין מומס בשמן טבילה. העקומה האדומה מציגה את הספקטרום שנלקח כשהשער מוחזק פתוח עם העקומה השחורה מראה את הספקטרום שנלקח עם המנתח מיושר לשידור מינימלי וקרן משאבה מופעלת.

העקומה הכחולה מציגה את הספקטרום שצולם עם המנתח מיושר לשידור מינימלי ולא מופעלת קרן משאבה, והעקומה הירוקה מציגה את הספקטרום שצולם כשרק קרן המשאבה מופעלת. כל הספקטרום היה חלק עם מסנן KY גול מסדר שלישי של 11 נקודות. קווי המג'נטה המקווקווים מציינים את האזור הספקטרלי המוצג בגרף הבא.

כאן אנו רואים ספקטרום של קומרין מומס בשמן טבילה לאחר חיסור רקע פלואורסצנטי. העקומה האדומה היא הספקטרום עם השער פתוח, והעקומה הכחולה היא הספקטרום המגודר. הספקטרום המגודר מראה בבירור את מספר הגלים הגבוהים המפותלים, שיא האופייני לשמנים.

בעת ניסיון הליך זה, חשוב לזכור כי הלייזר חייב להיות תחילה בעל אנרגיית פולסים מספקת כדי להניע את ה-ga, וכי המערכת דורשת חפיפה מרחבית וזמנית מעודנת של שני הפולסים. לאחר צפייה בסרטון זה וקריאת הפרוטוקול המצורף, אתה אמור להבין היטב כיצד להפריד את קרן הלייזר לקרן עירור ועקומה. כיצד לחפוף את שתי הקורות הללו, הן מרחבית והן זמנית.

כיצד להקליט אות ראמן באמצעות ספקטרוגרף ו- C, c, D, וגם כיצד לדמיין ולנתח את אות הראמן. אל תשכח שעבודה עם לייזרים עלולה להיות מסוכנת ביותר, ותמיד יש לנקוט באמצעי זהירות כגון הרכבת משקפי לייזר בעת ניסיון הליך זה. כללי בטיחות נוספים חלים על השימוש בחומר הלא ליניארי ועל השימוש במדגם הספציפי שלך.