명시야, 2차 고조파 생성(SHG) 이미징 방식과 함께 광대역 진동 합-주파수 생성(VSFG) 이미지를 얻기 위해 다중 모드의 빠른 초분광 이미징 프레임워크가 개발되었습니다. 적외선 주파수가 분자 진동과 공명하기 때문에 대칭 허용 샘플에 대한 미세한 구조 및 중경 형태 지식이 드러납니다.
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이 논문에서
요약
초록
2차 비선형 광학 신호인 VSFG(Vibrational Sum-Frequency Generation)는 전통적으로 ~100μm의 공간 분해능을 가진 분광학 기술로 계면에서 분자를 연구하는 데 사용되었습니다. 그러나 분광법은 샘플의 이질성에 민감하지 않습니다. 메조스코프적으로 이질적인 샘플을 연구하기 위해 우리는 다른 사람들과 함께 VSFG 분광법의 해상도 한계를 ~1μm 수준으로 낮추고 VSFG 현미경을 구성했습니다. 이 이미징 기술은 이미징을 통해 샘플 형태를 분석할 수 있을 뿐만 아니라 이미지의 모든 픽셀에서 광대역 VSFG 스펙트럼을 기록할 수 있습니다. 2차 비선형 광학 기술인 이 선택 규칙은 생물학, 재료 과학 및 생명 공학 등에서 흔히 볼 수 있는 비중심대칭 또는 키랄 자체 조립 구조를 시각화할 수 있습니다. 이 기사에서 청중은 고정되지 않은 샘플을 이미징할 수 있는 반전된 투과 설계를 안내합니다. 이 연구는 또한 VSFG 현미경이 신경망 함수 솔버와 결합하여 개별 자체 조립 시트의 화학 물질별 기하학적 정보를 해결할 수 있음을 보여줍니다. 마지막으로, 다양한 샘플의 명시야, SHG 및 VSFG 구성에서 얻은 이미지는 VSFG 이미징에서 드러나는 고유한 정보에 대해 간략하게 설명합니다.
서론
2차 비선형 광학 기법1,2인 VSFG(Vibrational Sum-Frequency Generation)는 대칭 허용 시료 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13, 14,15,16,17,18,19,20,21,22입니다.
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프로토콜
1. 초분광 라인 스캐닝 VSFG 현미경
- 레이저 시스템
- 1025nm ± 5nm를 중심으로 하는 펄스 레이저 시스템( 재료 표 참조)을 사용하십시오. 레이저는 ~290fs의 펄스 폭으로 40W, 200kHz(200μJ/펄스)로 설정됩니다.
알림: 정확한 반복률은 다를 수 있으며 일반적으로 이 VSFG 현미경에는 반복률이 높은 레이저가 더 잘 작동합니다. - 시드 레이저의 출력을 상용 OPA(Optical Parametric Amplifier)로 안내하여 중적외선(MIR) 빔을 생성합니다( 재료 표 참조). MIR을 관심 주파수에 맞게 조정합니다(그림 1A).
참고: 본 연구에서 MIR은 3450nm ± 85nm(~2900 ± 72cm-1)에 중심을 두고 있으며 펄스 지속 시간은 ~290fs이고 펄스 에너지는 ~6μJ이며 -CHx 작용기 영역의 일부를 포함합니다.
- 1025nm ± 5nm를 중심으로 하는 펄스 레이저 시스템( 재료 표 참조)을 사용하십시오. 레이저는 ~290fs의 펄스 폭으로 40W, 200kHz(200μJ/펄스)로 설정됩니다.
- 상향 변환 빔
- OPA의 잔류 1025nm 빔을 Fabry-Perot 에탈론(재료 표 참조)을 통과시켜 FWHM이 ~4.75cm-1인 스펙트럼적으로....
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결과
그림 5: SDS@β-CD의 분자 구조, 형태 및 전위 방향. (A) 평면도 및 (B) SDS@β-CD의 측면도 화학 구조. (C) 샘플 평면에서 중간 규모 시트의 대표적인 이종 샘플 분포. 분자 소단위체는 기질에서 다른 방향과 정렬을 가질 수 있으며, 이는 알려져 있지 않습니다. 이 그림은 Wagner et al.27에서 수정되었습니다.
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토론
가장 중요한 단계는 1.42에서 1.44까지입니다. 광학 공간 해상도를 위해 대물 렌즈를 잘 정렬하는 것이 중요합니다. 방출된 신호를 수집하고, 릴레이하고, 스캐닝 빔을 입구 슬릿에 선으로 투사하는 것도 중요합니다. 적절한 정렬은 최상의 해상도와 신호 대 잡음비를 보장합니다. SDS@2 β-CD 100μm x 100μm 시트와 같은 일반적인 샘플의 경우 신호 대 노이즈 비율이 높은 양호한 해상도 이미지(~1μm 해상도)를 만드는 데 20분이 걸립니다. 이것은 이미 이전 버전의 기기24,26보다 빠릅니다. 데이터 수집 속도의 추가 향상은 더 높은 반복률 레이저로 실현할 수 있습니다.
현재의 한계는 공간 분해능이며, 이는 훨씬 더 높은 NA 대물렌즈 광학 및 잠재적인 비선형 광학 기반 초-해상도 기술(45)에 의해 더욱 개선될 수 있다........
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공개 사항
저자는 공개할 것이 없습니다.
감사의 글
기기 개발은 Grant NSF CHE-1828666의 지원을 받습니다. ZW, JCW 및 WX는 미국 국립보건원(National Institutes of Health), 국립종합의학연구소(National Institute of General Medical Sciences), 보조금 1R35GM138092-01의 지원을 받습니다. BY는 중국과학원(CAS, 2021183)의 청년혁신추진협회의 지원을 받습니다.
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재료
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| 60mm 케이지 장착 브래킷 | Thorlabs | LCP01B | 는 광학 설정에서 60mm 케이지 시스템을 장착하고 배치합니다 |
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참고문헌
- Zhu, X. D., Suhr, H., Shen, Y. R. Surface vibrational spectroscopy by infrared-visible sum frequency generation. Physical Review B. 35 (6), 3047-3050 (1987).
- Shen, Y. R. Surface properties probed by second-harmonic and sum-frequency generation. Nature.
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