Methodenartikel

Hyperspectrale beeldvorming als een instrument om optische anisotropie te bestuderen in op Lanthanide gebaseerde moleculaire enkele kristallen

DOI:

10.3791/60826

⸱

14 april 2020

 ,  ,  ,  , 
1Department of Chemistry and Biomolecular Sciences, University of Ottawa, 2Photon etc

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Hier presenteren we een protocol om luminescente hyperspectrale beeldvormingsgegevens te verkrijgen en optische anisotropiekenmerken van op lantithaan gebaseerde enkelvoudige kristallen te analyseren met behulp van een Hyperspectral Imaging System.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

In dit werk beschrijven we een protocol voor een nieuwe toepassing van hyperspectrale beeldvorming (HSI) in de analyse van lichtgevende lanthanide (Ln3+)-gebaseerde moleculaire enkele kristallen. Als representatief voorbeeld kozen we voor één kristal van het heterodinucleaire Ln-gebaseerde complex [TbEu(bpm)(tfaa)6] (bpm=2,2'-bipyrimidine, tfaa– =1,1,1-trifluoracetylaceaceatte) met een heldere zichtbare emissie onder UV-excitatie. HSI is een opkomende techniek die 2-dimensionale ruimtelijke beeldvorming van een lichtgevende structuur combineert met spectrale informatie van elke pixel van het verkregen beeld. Specifiek, HSI op enkele kristallen van de [Tb-Eu] complex verstrekt lokale spectrale informatie onthullen variatie van de luminescentie intensiteit op verschillende punten langs de bestudeerde kristallen. Deze veranderingen werden toegeschreven aan de optische anisotropie aanwezig in het kristal, die het gevolg is van de verschillende moleculaire verpakking van Ln3 + ionen in elk van de richtingen van de kristalstructuur. De beschreven HSI is een voorbeeld van de geschiktheid van een dergelijke techniek voor spectro-ruimtelijke onderzoeken van moleculaire materialen. Maar, belangrijk, dit protocol kan gemakkelijk worden uitgebreid voor andere soorten lichtgevende materialen (zoals moleculaire kristallen ter grootte van micron-formaat, anorganische microdeeltjes, nanodeeltjes in biologische weefsels, of gelabelde cellen, onder andere), het openen van vele mogelijkheden voor dieper onderzoek van structuur-eigendom relaties. Uiteindelijk zullen dergelijke onderzoeken kennis verschaffen die moet worden ingezet bij de engineering van geavanceerde materialen voor een breed scala aan toepassingen, van bioimaging tot technologische toepassingen, zoals golfgidsen of opto-elektronische apparaten.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Hyperspectrale beeldvorming (HSI) is een techniek die een ruimtelijke kaart genereert waarbij elke x-y coördinaat een spectrale informatie bevat die gebaseerd kan zijn op elke vorm van spectroscopie, namelijk fotoluminescentie, absorptie en verstrooiing van spectroscopies1,2,3. Als gevolg hiervan wordt een 3-dimensionale set gegevens (ook wel "hyperspectrale kubus" genoemd) verkregen, waarbij de x-y coördinaten de ruimtelijke assen zijn en de z-coördinaat de spectrale informatie uit het geanalyseerde monster. z Daarom bevat de hyperspectrale kubus zowel ruimtelijke als spectrale informatie, die een gedetailleerder spectroscopisch onderzoek van het monster biedt dan traditionele spectroscopie. Hoewel HSI al jaren bekend staat op het gebied van teledetectie (bijvoorbeeld., geologie, voedingsindustrie4),ontpopte het zich onlangs als een innovatieve techniek voor de karakterisering van nanomaterialen2,5 of sondes voor biomedische toepassingen3,6,7,8. Over het algemeen is het niet beperkt tot het UV/visible/near-infrared (NIR) domein, maar kan het ook worden uitgebreid met behulp van andere stralingsbronnen, zoals röntgenstralen – bijvoorbeeld om elementaire verdeling in verschillende materialen te karakteriseren9 – of Terahertz-straling, waarbij HSI werd gebruikt om thermische detectie uit te voeren in biologische weefsels8. Verder is fotoluminescentie mapping gecombineerd met Raman mapping om de optische eigenschappen van monolayer MoS210te onderzoeken. Onder de gerapporteerde toepassingen van optische HSI zijn er echter nog maar een paar voorbeelden op HSI van op lantide gebaseerde materialen11,12,13,14,15,16,17. Zo kunnen we bijvoorbeeld aanhalen: detectie van kanker in weefsels6,analyse van de lichtpenetratiediepte in biologische weefsels7, multiplexed biologische beeldvorming3,analyse van multicomponent energieoverdracht in hybride systemen11, en onderzoek naar aggregatie-geïnduceerde veranderingen in spectroscopische eigenschappen van upconverting nanodeeltjes12. Het is duidelijk dat de aantrekkelijkheid van HSI voortkomt uit de geschiktheid voor het genereren van kennis over omgevingsspecifieke luminescentie, waardoor gelijktijdige ruimtelijke en spectrale informatie over de sonde wordt verstrekt.

Gebruikmakend van deze krachtige techniek beschrijven we hierin een protocol om de optische anisotropie van de heterodinucleaire Tb3+-Eu3+ single crystal [TbEu(bpm)(tfaa)6] te onderzoeken (Figuur 1a)13. De optische anisotropie waargenomen vloeide uit de verschillende moleculaire verpakking van de Ln3+ ionen in de verschillende kristallografische richtingen voort (Figuur 1b),resulterend in sommige kristalgezichten die helderder tonen, anderen die dimmer photoluminescentie tonen. Er werd gesuggereerd dat de verhoogde luminescentieintensiteit bij specifieke gezichten van het kristal werd gecorreleerd met een efficiëntere energieoverdracht langs die kristallografische richtingen waar de Ln3+··· Ln3 + ion afstanden waren de kortste13.

Gemotiveerd door deze resultaten stellen we voor om een gedetailleerde methodologie op te zetten om optische anisotropie te analyseren via HSI, waardoor het pad wordt geopend voor een beter begrip van ion-ionenenergieoverdrachtsprocessen en tunable luminescente eigenschappen die voortvloeien uit specifieke moleculaire regeling18,19. Deze structuur-eigenschappen relaties zijn erkend als belangrijke aspecten voor innovatieve optische materialen ontwerp met inbegrip van, maar niet beperkt tot waveguide systemen en opto-magnetische opslag apparaten op nano-en microschaal - het aanpakken van de vraag naar efficiëntere en geminiaturiseerde optische systemen20.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

LET OP: Het wordt aanbevolen om een veiligheidsbril te gebruiken die specifiek is voor de excitatiegolflengte die te allen tijde wordt gebruikt bij het bedienen van de imager.

1. Configuratie van de hyperspectrale microscoop

OPMERKING: Een overzicht van het hyperspectrale beeldvormingssysteem wordt gegeven in figuur 2a,waarbij de belangrijkste componenten van de imager worden beschreven. Het beeldbeeldsysteem kan worden gebruikt voor de detectie van de zichtbare of nabij-infrarode (NIR) emissie van een monster. Afhankelijk van welke detectie gewenst is (zichtbaar of NIR), gaat het licht door twee verschillende lichtpaden (Figuur 2e). Een combinatie van verschillende bundeldraaikubussen en dichroische filterkubussen (optische kubussen) moet op specifieke posities in het instrument worden geplaatst om het betreffende pad te selecteren.

  1. Stroom op de computer die is aangesloten op het beeldvormingssysteem. Schakel de monitor van de computer in.
  2. Stel de juiste optische kubusconfiguratie in (figuur 2b,c).
    OPMERKING: Hier wordt de imager configuratie(optische kubusconfiguratie)voor HSI mapping met behulp van UV-excitatie en zichtbare emissiedetectie beschreven. Het is echter ook mogelijk om het te veranderen voor NIR excitatie en zichtbare of NIR emissiedetectie, afhankelijk van het geanalyseerde monster. Zie bijvoorbeeld de sectie Representatieve resultaten.
    1. Vanaf de microscoopfase (1 in figuur 2a)en volgens de emissiebundelroute naar de detectoren (3 in figuur 2a),verlaat u de eerste positie voor een optische kubus (4 in figuur 2b)vacant en plaatst u de confocale microscoop optische kubus (DFM1-P01) in de positie aangegeven als 5 in figuur 2b, zodat de emissie van het monster door het zichtbare lichtpad wordt geleid.
    2. Als u langs het optische pad naar de detector kijkt, plaatst u de zichtbare optische kubus (CM1-P01), die de dichroïsche spiegel en de filters bevat om de zichtbare emissie naar de detectiepaden te leiden, in de positie die is aangegeven als 6 in figuur 2b.
    3. Als u het pad naar de detector voortzet, plaatst u de confocale pinhole optische kubus (DFM1-P01) in de positie die is aangegeven als 7 in figuur 2b om het licht door het zichtbare lichtdetectiepad te leiden. Plaats vervolgens, na het pad, de confocale spectrometer optische kubus (DFM1-P01) in positie 8 in figuur 2c, zodat het uitgezonden licht de detector bereikt.
    4. Voor de HSI mapping u de opening van de detectorspleet (9 in figuur 2c)handmatig bedienen om af te komen op de grootte van de gebruikte gaatjes (ongeveer 50 mm is optimaal).
    5. Kies in de PHySpec-software het diafragma van het gaatje (5 in figuur 3).
      LET OP: Hoe kleiner het gat diafragma, hoe beter is de HSI resolutie, ten koste van signaalintensiteit.
  3. Schakel de breedbandlamp(figuur 2d, beginset) in door de schakelaar (10 in figuur 2d)in de ON-positie te plaatsen. Als u de intensiteit van het excitatielicht wilt regelen, draait u de knop die wordt aangegeven door 11 (figuur 2d) naar hoger (32 – laagste intensiteit) of lagere waarden (1 – hoogste intensiteit). Houd de sluiter van de breedbandlamp (12 in figuur 2d)gesloten tijdens de set-up.
    OPMERKING: De hogere waarden komen overeen met een hogere demping van de vermogensdichtheid die door de lamp wordt uitgestraald, terwijl lagere waarden overeenkomen met een lagere demping.
  4. Schakel de volgende hardware in de onderstaande volgorde in door hun schakelaars in de AAN-positie in te stellen:
    1. Schakel de ThorLabs-bewegingscontroller in.
    2. Schakel de Nikon-krachtbron in.
    3. Schakel de ASI-controller in.
    4. Schakel de Galvo-controller in.
    5. Zet de ProEm detector aan.
    6. Zet de Bayspec detectoraan.
  5. Open op de computer de PHySpec-software door op het pictogram te dubbelklikken.
    1. Druk op de F8-toets op het toetsenbord om het IMA Upconversion-systeem te initialiseren en klik op de ok-knop in het venster Verbinding maken met het systeem.
      LET OP: Stap 1.5.1. kan ook worden uitgevoerd door op het tabblad Systeem te klikken en vervolgens op Verbinding maken te klikken om bij het venster Verbinding maken met het systeem te komen. Vervolgens kan op de OK-knop worden geklikt om het beeldvormingssysteem op de software aan te sluiten.
    2. Zorg ervoor dat alle menu's op de interface(Kleurencamera, ProEm en Bayspec)en het bedieningspaneel van het instrument aan de linkerkant van het scherm verschijnen, zoals weergegeven in figuur 3.

2. Hyperspectrale beeldvorming van een [TbEu(bpm)(tfaa)6] enkel kristal

  1. Om het monster voor te bereiden, plaatst u het kristal op een microscopieglasplaat. In het geval dat het nodig is om een hogere vergroting te gebruiken, bedek het kristal met een dun dekselglas en zet het vast met tape, zodat het monster kan worden geplaatst met het dunne dekselglas naar de objectieve lens gericht.
  2. Plaats de glazen schuif waarop het monster is bereid op het microscooppodium en zet het vast met behulp van de metalen armen(figuur 4a,b).
  3. Verplaats het monster met behulp van de joystick (figuur 4c) van de ASI-controller om het monster te positioneren over de gebruikte doelstellingen.
  4. Plaats handmatig de juiste filterkubus in het wiel onder de doelstellingen (3 in figuur 5) om de UV-excitatie van de lamp te selecteren en de zichtbare emissie naar de detector door te laten gaan.
    OPMERKING: Extra filterkubussen zijn beschikbaar voor het gebruik van groene of blauwe lichtexcitatie, dus met de juiste filterkubus op zijn plaats is belangrijk voor de juiste excitatie golflengte.
  5. Plaats de 20X-doelstelling (aangegeven door 5 in figuur 5)handmatig onder het monster en druk op de witte knop (6 in figuur 5)aan de linkerkant van de microscoop om het witte licht aan te zetten.
    1. Pas de helderheid aan door de knop onder de witte lichtaan/uit-knop te draaien (7 in figuur 5).
  6. In de PHySpec-software drukt u op de knop Afspelen (video) op het venster van de kleurencamera, wat de aanschaf van een live scan zal veroorzaken.
    1. Als in het venster van de kleurencamera een zwart beeld wordt weergegeven, verhoogt u de belichtingstijd (2 in figuur 3)en/of de winstwaarde (3 in figuur 3)in het bedieningspaneel van het instrument onder het tabblad Kleurencamera. Als de bekeken afbeelding te helder is, verlaagt u de belichtingstijd en/of wint u waarde.
    2. Zorg ervoor dat de voorwaartse knop aan de rechterkant van de microscoop (2 in figuur 5)op R is ingesteld om 20% van het signaal naar de camera/verrekijker en 80% van het signaal naar de detector te sturen.
  7. Focus op het monster door de afstand tussen de doelstelling en het werkgebied aan te passen(figuur 4b). Dit wordt gedaan door het draaien van de knoppen in figuur 4d aan de rechterkant van de microscoop.
    OPMERKING: De grotere knop wordt gebruikt voor grove aanpassingen, terwijl de kleinere knop is voor meer delicate en kleine focus veranderingen.
  8. Zorg ervoor dat de handmatig gekozen doelstelling ook bij de software wordt geselecteerd. Klik eerst op de knop Weergave in de bovenste menubalk en klik vervolgens op een schaalbalk weergeven/verbergen om de schaalbalk op de afbeelding weer te geven (1 in figuur 3). Ga vervolgens naar het tabblad Galvanometer in het instructiebedieningspaneel en selecteer de gebruikte doelstelling (4 in figuur 3). Zorg ervoor dat de weergegeven schaalbalk correct is door de juiste doelstelling in de software te selecteren.
  9. Selecteer in de software de juiste detector door naar het tabblad Diverter (ProEM – 6 in figuur 3) en roosters te gaan door naar het tabblad Filter (1200 gr/mm in geval van ProEM – 7 in figuur 3) onder het tabblad SpectraPro SP-2300 te gaan.
  10. Open de sluiter van de breedbandlamp (12 in figuur 2)om de UV-excitatie van het monster te laten plaatsvinden. Draai de intensiteitsknop (11 in figuur 2d)naar de gewenste positie (bijvoorbeeld 8 – tussenliggende intensiteit) om de intensiteit van de excitatie van de breedbandlamp (UV) te regelen.
    1. Als u wilt kiezen tussen brede veldverlichting (open diafragma) of een kleinere spotverlichting (meer gesloten diafragma), bepaalt u de grootte van het UV-lampvelddiafragma met behulp van de stick en knoppen in figuur 5.
  11. Selecteer onder het tabblad SpectraPro SP-2300 een golflengte om de monsteremissie te observeren.
  12. Als de emissiegolflengten van het monster onbekend zijn, krijgt u een emissiespectrum.
    1. Klik in de sequencer op het + teken om een nieuwe reeks ("knooppunt") toe te voegen voor de aanschaf van een emissiespectrum.
      1. Klik op Spectrometer en vervolgens Spectrum Acquisition (met spectrale scan).
      2. Voer een minimale golflengte (d.w.z. 400 nm) en een maximale golflengte (d.w.z. 700 nm) en klik op OK om het spectrale bereik in te stellen waarin het spectrum wordt geregistreerd.
      3. Kies de voldoende belichtingstijd in het linkermenu van de software. Kies kortere tijden (bijvoorbeeld 0,1 s) voor zeer heldere monsters en langere tijden (bijvoorbeeld 2 s) voor dim zenders.
      4. Pas de excitatiekracht in het geval van de excitatie van de breedbandlamp (UV) aan (zie stap 1.3 hierboven).
        OPMERKING: In het geval van NIR diode excitatie, kan het worden aangepast vanuit het Neutral Density drop-down menu aan de linkerkant van de PHySpec software.
    2. Klik op de sequencer op de knop dubbelafspelen om de hele reeks uit te voeren. Let op de gebieden die van belang zijn voor de detectie van de monsteremissie(bijvoorbeeld 580 tot 640 nm in geval van Tb3+- en opeu 3+gebaseerde monsters).
    3. Optimaliseer waar nodig de signaaldetectie door de focus van het monster te wijzigen of door de belichtingstijd in de PHySpec-software aan te passen. Bereik verdere optimalisatie van de signaaldetectie door de toename van de emissie-intensiteit van het monster door de kracht van de excitatiebron (breedbandlamp) te veranderen, zoals hierboven beschreven.
  13. Pas de belichtingstijd (bijvoorbeeld 0,5 s – 2 in figuur 3)en Gain (3 in figuur 3)van de kleurencamera dienovereenkomstig aan om een beeld van goede kwaliteit te verkrijgen. Voeg indien nodig de schaalbalk toe aan de afbeelding door op de knop Schaalbalk tonen/verbergen aan de tweede rij van het menu boven in het PHySpec-softwarevenster te klikken.
  14. Aanbeveling: Voorafgaand aan het verwerven van de hyperspectrale kubus, neem een helder veld optische microscopie beeld van het kristal onder wit licht (Figuur 6a) en / of UV-volledige (Figuur 6b) of beperkt (Figuur 6c) verlichting (UV-verlichting gecontroleerd door de sluitertijd diafragma, weergegeven als 4 in figuur 5). Klik hiervoor met het voorbeeld in focus op de afspeelknop van de kleurencamera.
  15. Klik op Bestand en exporteer vervolgens vensterweergave,kies de gewenste indeling om de verkregen afbeelding te exporteren en sla het bestand op met de gewenste extensie (.h5, . JPEG).
  16. Voordat u het hyperspectrale beeld krijgt, schakelt u zowel de verlichting van het witte licht als het kamerlicht uit.
  17. Om de hyperspectrale kubus te verkrijgen, schrijf een nieuwe volgorde. Klik daarom in de sequencer op het + teken om een nieuw knooppunt toe te voegen.
    1. Klik op Confocal Imager.
      1. Klik op Multi-Spectrum Acquisitie. Hier wordt het gewenste gezichtsveld bepaald door het aantal punten dat u moet verwerven in de x- en y-richtingen en de stapgrootte. Gebruik bijvoorbeeld 100 punten in x en 100 punten in y met een stapgrootte van 5 μm om een beeld van 500 bij 500 μm te verkrijgen.
        Opmerking: Het totale aantal acquisitiepunten en de integratietijd op elk punt hebben rechtstreeks invloed op de totale aankooptijd van de hyperspectrale kubus.
        1. Voer de gewenste X-positie (bijvoorbeeld 100) en Y-positie (bijvoorbeeld 100) telt en de gewenste stapgrootte (bijvoorbeeld 5 μm). Selecteer de optie Hardware voor de camerasynchronisatie voor zichtbare emissietoewijzing (en softwareoptie in geval van NIR-detectie). Klik op OK.
  18. Klik in de sequencer op de nieuw toegevoegde multispectrumacquisitieregel om het knooppunt te markeren.
  19. Klik op de knop Afspelen om het geselecteerde knooppunt uit te voeren.
    OPMERKING: De resterende tijd die de overname in beslag neemt, verschijnt naast het knooppunt (in enkele minuten, bijvoorbeeld 28 minuten).
  20. Zodra de overname is voltooid, slaat u de hyperspectrale kubus op in de juiste bestandsindeling (.h5).

3. Hyperspectrale data-analyse

  1. Direct na de overname, als de opgeslagen hyperspectrale kubus niet automatisch wordt geopend in de software, herstelt u de hyperspectrale kubus, die is opgeslagen als .h5-bestand, door op Bestand in de bovenste menubalk te klikken en vervolgens de cursor te zweven en op Bestand openen te klikken.... Wanneer het venster met de titel Gegevens(en) selecteren om te openen wordt geopend, kiest u de map waar het .h5-bestand wordt opgeslagen en dubbelklikt u op het bestand om het te openen.
  2. Zodra het hyperspectrale kubusbestand is geïmporteerd, wijzigt u de weergegeven hyperspectrale kubusafbeelding om de intensiteit van een specifieke spectrale golflengte weer te geven door de balk boven aan de bovenkant van de kubusafbeelding naar links te verplaatsen (lagere golflengte, bijvoorbeeld 580 nm) of rechts (hogere golflengte, bijvoorbeeld 638 nm).
    OPMERKING: De geselecteerde golflengte wordt weergegeven aan de linkerkant van deze bovenste balk (1 in figuur 7).
  3. Na het kiezen van de golflengte van belang voor de analyse (bijvoorbeeld, de maximale intensiteit, die in het geval van [TbEu(bpm)(tfaa)6] is 613.26 nm), maak een (of alle) van de drie mogelijke soorten spectrale analyse: (A) de spectrale verdeling in de vorm van een beeld (2 in figuur 7); b) een emissie-intensiteitsprofiel in een regio van belang (3 in figuur 7); C) winning van een spectrum op een specifiek punt of gebied van belang (figuur 4 in figuur 7).
    1. Gebruik in het geval van de spectrale verdeling van een afbeelding de functie Gewas en bak om de signaal-ruisverhouding in de afbeelding te verhogen. Klik daarvoor in het bovenste menu Verwerking en kies vervolgens Gegevens en vervolgens de optie Bijsnijden en opslaglocatie.
    2. Voor een emissie-intensiteitsprofiel klikt u op de kubusafbeelding met de rechtermuisknop en selecteert u het profiel Doel maken of X maken of Y-profiel maken, afhankelijk van het feit of slechts één punt (Doel - 5 en 6 in figuur 7) of een regel (Profiel - 7 en 8 in figuur 7) moet worden geanalyseerd. Selecteer het analysegebied door het doel, het horizontale of verticale lijnprofiel met de cursor te slepen en door de kubus te verplaatsen.
      1. Zodra het profiel goed is geselecteerd, klikt u met de rechtermuisknop op de regio en selecteert u het doel toevoegen aan grafiek. Kies de optie om een nieuwe grafiek te maken om de emissie-intensiteit(y-as) weer te geven als functie van de fysieke positie van het doel(x-as). Het spectrum zal worden weergegeven op de nieuwe grafiek die is ingevoegd (6 en 7 in figuur 7).
        OPMERKING: Er kunnen meerdere doelen worden gemaakt en deze worden weergegeven als verschillende gekleurde emissieprofielen (5 en 6 in figuur 7).
    3. U ook een emissiespectrum verkrijgen van een specifiek gebied van het monster (figuur 9 in figuur 7). Om te beginnen de muisaanwijzer op de cursor boven de kubusafbeelding en met de rechtermuisknop. Klik op de opties Rechthoekselectie of Ellipsselectie op het tabblad dat wordt weergegeven.
      1. Teken de selectievorm (bijvoorbeeld een rechthoek) over het gewenste gebied door op de cursor over de kubus te klikken en te slepen. Zodra het gebied goed is geselecteerd, klikt u met de rechtermuisknop op het gebied en selecteert u de selectie toevoegen aan grafiek.
      2. Selecteer in het weergegeven venster Toevoegen aan grafiekde optie Een nieuwe grafiek maken om de emissiespectra van het doel weer te geven en klik op OK.
        OPMERKING: Er verschijnt een nieuwe gekleurde lijn (8 in figuur 7)op de grafiek waarin de doelemissie wordt weergegeven, met de emissie-intensiteit als de y-as en de golflengte bij de x-as. Dit spectrum komt overeen met de gemiddelde intensiteit van het geselecteerde gebied voor elke golflengte.
  4. Zodra het spectrum is verkregen, slaat u het op voordat u een nieuwe regio selecteert, omdat slechts één regio tegelijk kan worden geselecteerd. Selecteer hiervoor het venster waarin de grafiek zit. Selecteer in het menu Bestand opslaan als en kies ervoor om de grafiek op te slaan in de map naar keuze, met de naam van keuze, hetzij in .h5-indeling, die kan worden geopend in de PHySpec-software, of in csv-indeling, die kan worden geïmporteerd in Excel.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ter illustratie van de configuratie van de hyperspectrale microscoop voor de gegevensverwerving op een Ln-gebaseerd, moleculair enkel kristal (d.w.z., [TbEu(bpm)(tfaa)6], Figuur 1a),toont figuur 2 een overzicht van het systeem en de juiste plaatsing van de optische kubussen in de opstelling. Figuur 3 toont een screenshot van de PHySpec-software met de menu's die tijdens de HSI-overname worden gebruikt.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het hier beschreven hyperspectrale beeldvormingsprotocol biedt een eenvoudige aanpak die het mogelijk maakt spectroscopische informatie te verkrijgen op precieze locaties van het monster. Met behulp van de beschreven opstelling kan de ruimtelijke resolutie(x- en y-mapping) oplopen tot 0,5 μm, terwijl de spectrale resolutie kan oplopen tot 0,2 nm voor de mapping op het zichtbare bereik en 0,6 nm voor het NIR-bereik.

Om hyperspectrale mapping op een enkel kristal uit te voeren,...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben niets te onthullen. De auteurs hebben geen concurrerende financiële belangen.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs danken de heer Dylan Errulat en prof. Muralee Murugesu van het departement Scheikunde en Biomoleculaire Wetenschappen van de Universiteit van Ottawa voor de levering van [TbEu(bpm)(tfaa)6] enkele kristallen. E.M.R. N.R., en E.H. erkennen dankbaar de financiële steun van de Universiteit van Ottawa, de Canadian Foundation for Innovation (CFI) en de Natural Sciences and Engineering Research Council Canada (NSERC).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Microscope glasplatenFisherBrand12-550-15Glasplaten gebruikt voor monstervoorbereiding
Zichtbare en nabije infrarode hyperspectrale confocale imagerPhotonETCMicroscoop gebruikt voor de analyse, gebouwd volgens de gebruikersbehoeften, daarom is er geen catalogusnummer

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. ElMasry, G., Sun, D. W. Principles of Hyperspectral Imaging Technology. Hyperspectral Imaging for Food Quality Analysis and Control. , 3-43 (2010).
  2. Dong, X., Jakobi, M., Wang, S., Köhler, M. H., Zhang, X., Koch, A. W. A review of hyperspectral imaging for nanoscale materials research. Applied Spectroscopy Reviews. 54 (4), 285-305 (2019).
  3. Yakovliev, A., et al. Hyperspectral Multiplexed Biological Imaging of Nanoprobes Emitting in the Short-Wave Infrared Region. Nanoscale Research Letters. 14 (243), 1-11 (2019).
  4. Cheng, W., Sun, D. W., Pu, H., Wei, Q. Heterospectral two-dimensional correlation analysis with near-infrared hyperspectral imaging for monitoring oxidative damage of pork myofibrils during frozen storage. Food Chemistry. 248, 119-127 (2018).
  5. Liu, Y., Liu, L., He, Y., Zhu, L., Ma, H. Decoding of quantum dots encoded microbeads using a hyperspectral fluorescence imaging method. Analytical Chemistry. 87 (10), 5286-5293 (2015).
  6. Leavesley, S. J., et al. Colorectal cancer detection by hyperspectral imaging using fluorescence excitation scanning. Optical Biopsy XVI: Toward Real-Time Spectroscopic Imaging and Diagnosis. 10489, (2018).
  7. Zhang, H., Salo, D., Kim, D. M., Komarov, S., Tai, Y. -C., Berezin, M. Y. Penetration depth of photons in biological tissues from hyperspectral imaging in shortwave infrared in transmission and reflection geometries. Journal of Biomedical Optics. 21 (12), 126006(2016).
  8. Naccache, R., et al. Terahertz Thermometry: Combining Hyperspectral Imaging and Temperature Mapping at Terahertz Frequencies. Laser and Photonics Reviews. 11 (5), 1-9 (2017).
  9. Jacques, S. D. M., Egan, C. K., Wilson, M. D., Veale, M. C., Seller, P., Cernik, R. J. A laboratory system for element specific hyperspectral X-ray imaging. Analyst. 138 (3), 755-759 (2013).
  10. Birmingham, B., et al. Probing the Effect of Chemical Dopant Phase on Photoluminescence of Monolayer MoS2 Using in Situ Raman Microspectroscopy. Journal of Physical Chemistry C. 123 (25), 15738-15743 (2019).
  11. Marin, R., et al. Harnessing the Synergy between Upconverting Nanoparticles and Lanthanide Complexes in a Multiwavelength-Responsive Hybrid System. ACS Photonics. 6 (2), 436-445 (2019).
  12. Gonell, F., et al. Aggregation-induced heterogeneities in the emission of upconverting nanoparticles at the submicron scale unfolded by hyperspectral microscopy. Nanoscale Advances. 1, 2537-2545 (2019).
  13. Errulat, D., Gabidullin, B., Murugesu, M., Hemmer, E. Probing Optical Anisotropy and Polymorph-Dependent Photoluminescence in [Ln2] Complexes by Hyperspectral Imaging on Single Crystals. Chemistry - A European Journal. 24 (40), 10146-10155 (2018).
  14. Panov, N., Marin, R., Hemmer, E. Microwave-Assisted Solvothermal Synthesis of Upconverting and Downshifting Rare-Earth-Doped LiYF4 Microparticles. Inorganic Chemistry. 57 (23), 14920-14929 (2018).
  15. Debasu, M. L., Brites, C. D. S., Balabhadra, S., Oliveira, H., Rocha, J., Carlos, L. D. Nanoplatforms for Plasmon-Induced Heating and Thermometry. ChemNanoMat. 2 (6), 520-527 (2016).
  16. Nadort, A., et al. Quantitative Imaging of Single Upconversion Nanoparticles in Biological Tissue. PLoS ONE. 8 (5), 1-13 (2013).
  17. Sava Gallis, D. F., et al. Tunable Metal-Organic Framework Materials Platform for Bioimaging Applications. ACS Applied Materials and Interfaces. 9 (27), 22268-22277 (2017).
  18. Varghese, S., Das, S. Role of molecular packing in determining solid-state optical properties of π-conjugated materials. Journal of Physical Chemistry Letters. 2 (8), 863-873 (2011).
  19. Yan, D., Evans, D. G. Molecular crystalline materials with tunable luminescent properties: From polymorphs to multi-component solids. Materials Horizons. 1 (1), 46-57 (2014).
  20. Mu, S., Oniwa, K., Jin, T., Asao, N., Yamashita, M., Takaishi, S. A highly emissive distyrylthieno[3,2-b]thiophene based red luminescent organic single crystal: Aggregation induced emission, optical waveguide edge emission, and balanced ambipolar carrier transport. Organic Electronics: Physics, Materials, Applications. 34, 23-27 (2016).
  21. Binnemans, K. Interpretation of europium(III) spectra. Coordination Chemistry Reviews. 295, 1-45 (2015).
  22. Koyama, H., Fauchet, P. M. Anisotropic polarization memory in thermally oxidized porous silicon. Applied Physics Letters. 77 (15), 2316-2318 (2000).
  23. Kushida, T., Takushi, E., Oka, Y. Memories of photon energy, polarization and phase in luminescence of rare earth ions under resonant light excitation. Journal of Luminescence. 12-13, 723-727 (1976).
  24. Onuma, T., et al. Spectroscopic ellipsometry studies on β-Ga2O3 films and single crystal. Japanese Journal of Applied Physics. 55 (12), (2016).
  25. Favreau, P. F., et al. Excitation-scanning hyperspectral imaging microscope. Journal of Biomedical Optics. 19 (4), 046010(2014).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Lanthanidekristallenluminescente materialenspectrale beeldvormingruimtelijke mappingkristalanalyseemissiespectroscopiemicroscopieconfiguratiegegevensverwerking

Gerelateerde artikelen