Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Chemistry

הדמיה היפרספקטראלית ככלי לחקר Anisotropy אופטי ב לנתניד מבוססי גבישים בודדים מולקולריים

doi: 10.3791/60826 Published: April 14, 2020

Summary

כאן, אנו מציגים פרוטוקול כדי לקבל הדמיה היפרספקטראלית נתונים ולנתח את תכונות anisotropy אופטי של קריסטלים בודדים מבוססי לנתניד באמצעות מערכת הדמיה Hyperקטרלית.

Abstract

בעבודה זו, אנו מתארים פרוטוקול עבור יישום הרומן של הדמיה היפראספקטקטרלית (HSI) בניתוח של לנתניד זורח (בתוך3 +) מבוססי גבישים בודדים מולקולריים. כדוגמה מייצגת, בחרנו גביש בודד של הטרודינאורור בקומפלקס מבוסס Ln [TbEu (bpm) (t,)6] (bpm = 2, 2 '-bipyrimidine, tmetro = 1, 1, 1-trifluoroacetylacetonate) מציג פליטה גלויים לעין תחת עירור UV. HSI היא טכניקה המתעוררים המשלבת הדמיה מרחבית דו-ממדית של מבנה זורח עם מידע ספקטרלי מכל פיקסל של התמונה שהושג. במיוחד, HSI על גבישים בודדים של הקומפלקס [Tb-Eu] סיפק מידע ספקטרלי מקומי הגילוי וריאציה של עוצמת האור בנקודות שונות לאורך הקריסטלים למדו. שינויים אלה יוחסו אנאיזוטרופיה אופטית בגביש, אשר נובעת מאריזת מולקולרית שונה של בתוך3 + יונים בכל אחד הכיוונים של מבנה הגביש. ה-HSI המתואר במסמך זה הוא דוגמה להתאמת הטכניקה לחקירות מרחביות של חומרים מולקולריים. עם זאת, הדבר החשוב ביותר, ניתן להאריך בקלות את הפרוטוקול לסוגים אחרים של חומרים מורחבים (כגון קריסטלים מולקולריים בגודל מיקרון, מיקרוחלקיקים אורגניים, חלקיקי חלקיקים ברקמות ביולוגיות, או תאים מתויג, בין היתר), פתיחת אפשרויות רבות לחקירה עמוקה יותר של קשרי מבנה-רכוש. בסופו של דבר, חקירות כאלה יספקו ידע להיות ממונפת להנדסה של חומרים מתקדמים למגוון רחב של יישומים מביודמיה ליישומים טכנולוגיים, כגון מדריכי גל או מכשירי אלקטרואופטיקה.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

הדמיה היפרספקטראלית (HSI) היא טכניקה היוצרת מפה מרחבית שבה כל קואורדינטת x-y מכילה מידע ספקטרלי שיכול להתבסס על כל סוג של ספקטרוסקופיה, כלומר photoluminescence הקליטה ופיזור הספקטרוסקוסים1,2,3. כתוצאה מכך, ערכה 3-מימדי של נתונים (המכונה גם "קוביית hyperקטרמית") מושגת, שם קואורדינטות x-y הם הצירים המרחבית ואת קואורדינטת z הוא מידע ספקטרלי מתוך המדגם ניתח. לכן, הקוביה היפרספקטלית מכילה מידע מרחבי וספקטרלי, המספקת חקירה ספקטרוסקופית מפורטת יותר של המדגם מאשר ספקטרוסקופיה מסורתית. בעוד hsi כבר ידוע במשך שנים בתחום חישה מרחוק (למשל, גיאולוגיה, תעשיות מזון4), זה לאחרונה יצא כטכניקה חדשנית לאפיון ננו2,5 או רגשים עבור יישומים ביו3,6,7,8. באופן כללי, הוא אינו מוגבל לתחום UV/גלוי/ליד אינפרא אדום (ניר), אך ניתן גם להאריך באמצעות מקורות קרינה אחרים, כגון קרני רנטגן – למשל כדי לאפיין התפלגות היסודות בחומרים שונים9 – או Terahertz קרינה, שבו hsi שימש לבצע חישה תרמית ברקמות ביולוגיות8. יתר על כן, מיפוי פוטולומיניסנציה כבר בשילוב עם מיפוי ראמאן לחקור את המאפיינים האופטיים של מונאולייר MoS210. עם זאת, בין היישומים המדווחים של hsi אופטי, יש עדיין רק כמה דוגמאות על hsi של חומרים מבוססי לנתניד11,12,13,14,15,16,17. למשל, אנחנו יכולים לצטט: זיהוי של סרטן ברקמות6, ניתוח עומק החדירה אור ברקמות ביולוגיות7, הדמיה ביולוגית ריבוב3, ניתוח של העברת אנרגיה רחבי במערכות היברידית11, וחקירת שינויים המושרה מצבור במאפייני ספקטרוסקופיים של upconverting חלקיקים12. ברור, האטרקטיביות של HSI נובע מההתאמה שלה ליצירת ידע על הסביבה ספציפית, המספקת מידע מרחבי וספקטרלי בו זמנית על הגשוש.

ניצול של טכניקה זו רבת עוצמה אנו מתארים בזאת פרוטוקול לחקור anisotropy אופטי של הטרודינאונקה Tb3 +-Eu3 + גביש יחיד [tbeu (bpm) (t,)6] (איור 1a)13. Anisotropy אופטי נצפתה התוצאה של אריזה מולקולרית שונים של ב3 + יונים בכיוונים פגמים בגבישים שונים (איור 1b), וכתוצאה מכך כמה פרצופים גביש מראה בהיר יותר, אחרים מראים עמעם פוטולומינטסנס. הוצע כי עוצמת האור המוגבר מוגברת בפרצופים ספציפיים של הגביש היה מתואם עם העברת אנרגיה יעילה יותר לאורך הכיוונים הפגמים בגבישים האלה שם בתוך3 +· · · ב3 + מרחקים יון היו הקצרה ביותר13.

מונעים על ידי תוצאות אלה, אנו מציעים את הקמתה של מתודולוגיה מפורטת כדי לנתח anisotropy אופטי דרך hsi, פתיחת הנתיב להבנה טובה יותר של העברת האנרגיה של יון-יון תהליכים מטונטים הנובע הסדר המולקולרי הספציפי18,19. מבנה זה קשרים מאפיינים זוהו כהיבטים חשובים עבור עיצוב חדשני חומרים אופטיים כולל, אך לא מוגבל גל מערכות מכשירים והתקני האחסון opto-מגנטיים בננו ומיקרוסקאלה – מטפל בביקוש למערכות אופטיות יותר יעיל ומיניאטורי20.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

התראה: מומלץ להשתמש במשקפי בטיחות ספציפיים לאורך הגל המשמש בכל עת בעת הפעלת הimager.

1. קביעת תצורה של מיקרוסקופ היפרספקטקטרלי

הערה: מבט כולל על מערכת ההדמיה היפראספקטקטרלית באיור 2a, עם המרכיבים העיקריים של האימגר המתואר. ניתן להשתמש במערכת הדימות לאיתור הפליטה הגלויה או הכמעט-אינפרא-אדום (ניר) ממדגם. בהתאם לזיהוי הרצוי (גלוי או ניר), האור עובר בין שני נתיבי אור שונים (איור 2e). שילוב של קוביות קרן שונות מפנה וקוביות דיקרואיק filter (קוביות אופטיות) חייב להיות ממוקם במיקומים ספציפיים במכשיר כדי לבחור את הנתיב המתאים.

  1. הפעלה של המחשב המחובר למערכת ההדמיה. הפעל את צג המחשב.
  2. קבעו את תצורת הקוביה האופטית המתאימה (איור 2ב', ג).
    הערה: כאן, התצורה של צמידה (תצורת קוביה אופטית) עבור מיפוי hsi באמצעות עירור UV וזיהוי פליטה גלוי מתואר. עם זאת, ניתן גם לשנות אותו לעירור הניר ולזיהוי פליטת ניר, בהתאם למדגם. עיין בסעיף ' תוצאות הנציגים ' עבור דוגמה.
    1. החל משלב המיקרוסקופ (1 באיור 2a) ולאחר מסלול קרן הפליטה לכיוון גלאי (3 באיור 2a), לעזוב את המיקום הראשון עבור קוביה אופטית (4 באיור 2a) פנוי ומקום את הקוביה האופטית מיקרוסקופ אופטי (DFM1-P01) בעמדה שצוין 5 באיור 2a, כך הפליטה מן המדגם מכוונת דרך הנתיב אור גלוי.
    2. במבט לאורך הנתיב האופטי לכיוון הגלאי, מניחים את הקוביה האופטית הגלויה (CM1-P01), המכילה את המראה הדיקרואיק ואת המסננים כדי להפנות את הפליטה הגלויה לנתיבי האיתור, במיקום שצוין כ-6 באיור 2b.
    3. המשך הנתיב לכיוון הגלאי, מניחים את הקוביה האופטית המכונה (DFM1-P01) במיקום שצוין כ -7 באיור 2b כדי לכוון את האור דרך הנתיב הנראה לזיהוי אור. לאחר מכן, בעקבות הנתיב, מניחים את הקובייה האופטית של ספקטרומטר הקשר (DFM1-P01) במיקום 8 באיור 2 ג כך שהאור הנפלט מגיע לגלאי.
    4. עבור מיפוי hsi, לשלוט באופן ידני את הגלאי משסף (9 באיור 2 ג) כדי להתאים את גודל החורים הנמצאים בשימוש (סביב 50 mm הוא אופטימלי).
    5. בתוכנה Physpec , בחר את הפתח של החור (5 באיור 3).
      הערה: ככל שצמצם החורים קטן יותר, כך ייטב הרזולוציה של HSI, בעלות עוצמת האות.
  3. הפעל את מנורת הפס הרחב (איור 2d, הזחה) על-ידי מיקום המתג (10 באיור 2d) לתנוחת on. כדי לשלוט על עוצמת האור עירור, להפוך את כפתור המצוין על ידי 11 (איור 2d) לגבוה יותר (32-העוצמה הנמוכה ביותר) או ערכים נמוכים יותר (1-ברמה הגבוהה ביותר). שמרו על תריס מנורה בפס רחב (12 באיור 2d) סגור במהלך הגדרת.
    הערה: הערכים הגבוהים יותר מתאימים להנחתה גבוהה יותר של צפיפות החשמל הנפלטת מהמנורה, ואילו ערכים נמוכים יותר מתאימים להנחתה נמוכה יותר.
  4. הפעל את החומרה הבאה בסדר הנתון להלן על-ידי הגדרת הבוררים שלהם למצב ' מופעל ':
    1. . הפעל את בקר התנועה של ת'ורבlabs
    2. הפעל את מקור הכוח של ניקון.
    3. הפעל את בקר ה-ASI.
    4. הפעל את בקר Galvo.
    5. . הפעל את גלאי הproem
    6. . הפעל את מזהה הבמפרט
  5. במחשב, לפתוח את התוכנה Physpec ידי לחיצה כפולה על הסמל שלה.
    1. הקש על מקש F8 במקלדת כדי לאתחל את מערכת IMA upconversion מרה ולחץ על לחצן אישור בהתחברות לחלון מערכת .
      הערה: שלב 1.5.1. ניתן גם לבצע על ידי לחיצה על הכרטיסייה מערכת ולאחר מכן לחיצה על התחבר כדי להגיע לחלון להתחבר למערכת . לאחר מכן, ניתן ללחוץ על לחצן אישור כדי לחבר את מערכת הדימות לתוכנה.
    2. ודא שכל התפריטים מופיעים בממשק (מצלמה צבעונית, proem ו- bayspec) וכן בלוח הבקרה של המכשיר, בצד השמאלי של המסך, כפי שמוצג באיור 3.

2. הדמיה היפרספקטראלית של [TbEu) (t,)6] גביש יחיד

  1. על מנת להכין את הדגימה, הניחו את הגביש על מגלשת זכוכית מיקרוסקופית. במקרה זה צריך להשתמש בהגדלה גבוהה יותר, לכסות את הגביש עם זכוכית כיסוי דק ולאבטח אותו עם הקלטת, כך ניתן למקם את המדגם עם זכוכית כיסוי דק פונה לכיוון העדשה האובייקטיבית.
  2. הניחו את שקופית הזכוכית שעליה היתה המדגם על במת המיקרוסקופ והכינו אותה באמצעות זרועות המתכת (איור 4א, ב).
  3. הזיזו את המדגם באמצעות מוט ההיגוי (איור 4c) של בקר אסי , כדי למקם את המדגם על היעדים הנמצאים בשימוש.
  4. באופן ידני למקם את קוביית המסנן הימני בגלגל מתחת ליעדים (3 באיור 5) כדי לבחור את הריגוש UV של המנורה ולתת להעביר את הפליטה הנראה לכיוון הגלאי.
    הערה: קוביות סינון נוספות זמינות לשימוש בעירור אור ירוק או כחול, ולכן לאחר שקוביית הסינון הנכונה במקום חשובה לאורך הגל המתאים.
  5. מיקום ידני של המטרה 20X (המצוין על ידי 5 באיור 5) תחת לדוגמה ולחץ על הכפתור הלבן (6 באיור 5) בצד שמאל של המיקרוסקופ כדי להדליק את האור הלבן.
    1. כוונן את הבהירות על-ידי הפעלת הלחצן מתחת למתג ההפעלה האור הלבן (7 באיור 5).
  6. בתוכנת Physpec , לחץ על לחצן הפעל (וידאו) בחלון מצלמת הצבע, אשר יגרום לרכישת סריקה חיה.
    1. אם חלון מצלמת הצבע מציג תמונה שחורה, הגדל את זמן החשיפה (2 באיור 3) ו/או את ערך הרווח (3 באיור 3) שנמצא בלוח הבקרה של המכשיר, תחת הכרטיסייה מצלמה צבעונית . אם התמונה המוצגת היא בהירה מדי, הפחת את זמן החשיפה ו/או את ערך הרווח.
    2. ודא את כפתור קדימה בצד ימין של המיקרוסקופ (2 באיור 5) מוגדר R כדי לשלוח 20% מהאות למצלמה/משקפת ו 80% של האות לגלאי.
  7. התמקד במדגם על ידי התאמת המרחק בין המטרה לבין השלב (איור 4b). הדבר נעשה על ידי הפיכת הידיות המוצגות באיור 4d בצד ימין של המיקרוסקופ.
    הערה: הכפתור הגדול משמש להתאמות גסות, בעוד שהכפתור הקטן יותר מיועד לשינויים עדינים וקטנים יותר.
  8. ודא שהמטרה שנבחרה באופן ידני נבחרה גם היא בתוכנה. תחילה, לחץ על לחצן תצוגה בשורת התפריטים העליונה ולאחר מכן לחץ על תצוגה אחת/הסתר סרגל סרגל כדי להציג את סרגל קנה המידה בתמונה (1 באיור 3). לאחר מכן, עבור אל הכרטיסיה גלוונומטר בלוח הבקרה של ההוראה ובחר את המטרה המשמשת (4 באיור 3). ודא שסרגל קנה המידה המוצג נכון על-ידי בחירת המטרה המתאימה בתוכנה.
  9. בתוכנה, בחר את הגלאי המתאים על ידי הולך לסטות הלשונית (proem – 6 באיור 3) ו להגרגים על ידי הולך למסנן tab (1200 gr/mm במקרה של proem – 7 באיור 3) תחת הכרטיסייה spectrapro SP-2300 .
  10. פתח את תריס מנורה בפס רחב (12 באיור 2) כדי לאפשר את עירור UV של המדגם להתרחש. הפעל את כפתור האינטנסיביות (11 באיור 2d) למיקום הרצוי (למשל, 8-בינוני עוצמה) כדי לשלוט על עוצמת מנורת הפס הרחב (UV) עירור.
    1. כדי לבחור בין תאורה שטח רחב (פתח פתוח) או תאורה נקודה קטנה יותר (צמצם סגור יותר), לשלוט בגודל של הצמצם שדה UV המנורה באמצעות מקל וידיות המוצג 4 באיור 5.
  11. תחת הכרטיסייה Spectrapro SP-2300 , בחר אורך גל כדי להתבונן בפליטת המדגם.
  12. אם אורכי גל הפליטה של המדגם אינם ידועים, יש לרכוש ספקטרום פליטה.
    1. ברצף, לחץ על סימן + כדי להוסיף רצף חדש ("הצומת") לרכישת ספקטרום פליטה.
      1. לחץ על ספקטרומטר ולאחר מכן לרכישת ספקטרום (עם סריקה ספקטרלי).
      2. קלט אורך גל מינימלי (כלומר, 400 nm) ואורך גל מרבי (כלומר, 700 nm) ולחץ על אישור כדי לקבוע את הטווח הספקטרלי שבו הספקטרום יירשם.
      3. בחר את זמן החשיפה המתאים בתפריט הצד השמאלי של התוכנה. בחר את המועדים הקצרים ביותר (לדוגמה, 0.1 s) לדגימות בהירות ושעות נוספות (לדוגמה, 2 s) לפולטים מדים.
      4. להתאים את כוח עירור במקרה של מנורת פס רחב (UV) עירור (ראה שלב 1.3 לעיל).
        הערה: במקרה של עירור הדיודה של ניר, ניתן לכוונן אותו מהתפריט הנפתח ' דחיסות נייטרלית ' בצידו השמאלי של תוכנת Physpec .
    2. ברצף, לחץ על כפתור לשחק כפול כדי להריץ את כל הרצף. לאחר שהספקטרום מוצג, שים לב לאזורי העניין לאיתור הפליטה לדוגמה (לדוגמה 580 ל-640 ננומטר במקרה של שחפת3 +-והאיחוד האירופי3 +מדגמים מבוססי).
    3. בהתאם לצורך, מטב את זיהוי האותות על-ידי שינוי המיקוד של המדגם או על-ידי התאמת זמן החשיפה בתוכנת physpec . השג אופטימיזציה נוספת של זיהוי אותות באמצעות הגדלת עוצמת פליטת המדגם על ידי שינוי העוצמה של מקור עירור (מנורה בפס רחב), כפי שמתואר לעיל.
  13. להתאים את זמן חשיפה (למשל, 0.5 s – 2 באיור 3) ולהרוויח (3 באיור 3) של המצלמה צבע בהתאם, כדי לקבל תמונה באיכות טובה. במקרה הצורך, הוסיפו את סרגל הסרגל לתמונה על-ידי לחיצה על הלחצן הצג/הסתר סרגל שורה בשורה השניה של התפריט בחלק העליון של חלון התוכנה physpec .
  14. המלצה: לפני שרכשה את הקובייה ההיפר ספקטקטרלית, הקלט תמונת מיקרוסקופ אופטי שדה בהיר של הגביש תחת אור לבן (איור 6a) ו/או uv מלא (איור 6a) או מוגבל (איור 6A) תאורה (תאורה uv נשלט על ידי צמצם תריס, המוצג 4 באיור 5). כדי לעשות זאת, עם המדגם בפוקוס, לחץ על לחצן ההפעלה של מצלמת הצבע.
  15. לחץ על הקובץ ולאחר מכן לייצא תצוגת חלון, בחר את התבנית הרצויה כדי לייצא את התמונה המתקבלת, ולשמור את הקובץ עם הסיומת הרצויה (. h5,. JPEG).
  16. לפני שרכשו את הדימוי היפראקטרלי, כבו את תאורת האור הלבנה, כמו גם את אור החדר.
  17. , כדי להשיג את הקובייה היפראספקטראלית. כתוב רצף חדש לכן, ברצף, לחץ על סימן + כדי להוסיף צומת חדש.
    1. לחץ על confocal וקד האנגר.
      1. לחץ על רכישת ספקטרום רב. כאן, שדה התצוגה הרצוי מוגדר על-ידי מספר הנקודות שיש לרכוש בכיוונים x ו- y ובגודל השלב. לדוגמה, להשתמש 100 נקודות ב x ו 100 נקודות y עם גודל 5 יקרומטר צעד כדי לקבל תמונה של 500 על ידי 500 יקרומטר.
        הערה: המספר הכולל של נקודות רכישה וזמן השילוב בכל נקודה ישפיעו ישירות על זמן הרכישה הכולל של הקוביה היפרספקטראלית.
        1. הקלט את מיקום X הרצוי (למשל, 100) ו Y מיקום (למשל, 100) ספירות, כמו גם את גודל הצעד הרצוי (למשל, 5 μm). בחרו באפשרות החומרה לסנכרון המצלמה, למיפוי הפליטה הגלוי (ולאפשרות ' תוכנה ' במקרה של זיהוי ניר). לחץ על אישור.
  18. ברצף, לחץ על הקו החדש שנוספו ספקטרום הרכישה כדי להדגיש את הצומת.
  19. לחץ על לחצן ההפעלה כדי להפעיל את הצומת שנבחר.
    הערה: הזמן הנותר לקבלת הרכישה יופיע ליד הצומת (בדקות, לדוגמה, 28 דקות).
  20. לאחר השלמת הרכישה, שמור את הקוביה היפרספקטראלית בתבנית הקובץ המתאימה (. h5).

3. ניתוח נתונים היפרקטרלי

  1. מיד לאחר הרכישה, אם קוביית hyperספקטרלית שנשמרה אינה נפתחת באופן אוטומטי בתוכנה, לשחזר את הקוביה היפרספקטקטרלית, אשר נשמרה בתור קובץ. h5, על ידי לחיצה על הקובץ בשורת התפריטים העליונה ולאחר מכן ריחוף הסמן ולחץ בקובץ פתוח. .. כאשר החלון שכותרתו בחירת נתונים כדי לפתוח pop up, בחר את התיקיה שבה קובץ ה-. h5 נשמר ולחץ פעמיים על ה
  2. לאחר הקובץ קוביית היפרספקטקטרלית, לשנות את התמונה המוצגת היפרספקטקטרלית כדי להראות את העוצמה של אורך גל ספקטרלי מסוים על ידי הזזת הסרגל על החלק העליון של התמונה הקוביה בצד שמאל (אורך הגל התחתון, למשל , 580 nm) או ימינה (גל גבוה יותר, למשל, 638 nm)
    הערה: אורך הגל הנבחר מוצג בצד שמאל של הפס העליון (1 באיור 7).
  3. לאחר בחירת אורך הגל של עניין לניתוח (למשל, העוצמה המקסימלית, אשר במקרה של [TbEu (bpm) (t,)6] הוא 613.26 ננומטר), לעשות אחד (או הכל) של שלושה סוגים אפשריים של ניתוח ספקטרלי: (א) התפלגות ספקטרלית בצורת תמונה (2 באיור 7); (ב) פרופיל עוצמת פליטה על פני אזור מעניין (3 באיור 7); (ג) הוצאת ספקטרום בנקודה מסוימת או באזור מעניין (4 באיור 7).
    1. במקרה של התפלגות ספקטרלית מתמונה, השתמש בפונקציה חתוך ו-Bin כדי להגדיל את היחס בין האות לרעש בתמונה. על מנת לעשות זאת, לחץ בתוך עיבוד התפריט העליון ולאחר מכן בחר נתונים ולאחר מכן את היבולהאופציה Bin.
    2. עבור פרופיל עוצמה פליטה, על תמונת הקוביה, לחץ לחיצה ימנית ובחר את הפרופיל צור יעד או צור X או ליצור פרופיל Y בהתאם לנקודה אחת בלבד (יעד-5 ו-6 באיור 7) או קו (פרופיל-7 ו-8 באיור 7) יש לנתח. בחר באזור הניתוח על-ידי גרירת היעד, הפרופיל האופקי או הקו האנכי עם הסמן והזיזו לאורך הקוביה.
      1. לאחר שהפרופיל נבחר כראוי, לחץ לחיצה ימנית על האזור ובחר את הוספת יעד לגרף. בחרה באפשרות ליצור גרף חדש כדי להציג את עוצמת הפליטה (צירy ) כפונקציה של המיקום הפיזי של היעד (צירx ). הספקטרום יופיע על הגרף החדש שהוכנס (6 ו -7 באיור 7).
        הערה: ניתן ליצור מטרות מרובות, ואלה יופיעו כפרופילי פליטה בצבעים שונים (5 ו-6 באיור 7).
    3. לחילופין, השג ספקטרום פליטה של אזור מסוים במדגם (9 באיור 7). כדי להתחיל עם, לרחף את הסמן מעל תמונת הקוביה ולחץ לחיצה ימנית. לחץ על האפשרויות בחירה במלבן או בחירת אליפסה בכרטיסיה הקופצת.
      1. ציירו את צורת הבחירה (לדוגמה, מלבן) על האזור הרצוי על-ידי לחיצה וגרירה של הסמן על-פני הקוביה. לאחר שהאזור נבחר כראוי, לחץ לחיצה ימנית על האזור ובחר באפשרות הוסף בחירה לגרף.
      2. בחלון המופיע הוסף לגרף, בחרו ' צור גרף חדש ' כדי להציג את ספקטרום הפליטה של היעד ולחצו על ' אשר'.
        הערה: קו בצבע חדש (8 באיור 7) יופיע על הגרף שבו מוצג פליטת היעד, עם עוצמת הפליטה כציר y ואורך הגל בציר ה-x. ספקטרום זה תואם את עוצמת הממוצע של האזור שנבחר עבור כל אורך הגל.
  4. לאחר השגת הספקטרום, שמור אותו לפני בחירת אזור חדש מאחר שניתן לבחור רק אזור אחד בכל פעם. לשם כך, בחר בחלון שמכיל את הגרף. בתפריט קובץ , בחר שמירה בשם ובחר לשמור את הגרף בתיקיית הבחירה, באמצעות שם הבחירה, או בתבנית. h5, שניתן לפתוח בתוכנת physpec או בתבנית. csv, שניתן לייבאו ב-Excel.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

כדי להמחיש את התצורה של מיקרוסקופ hyperקטרלי עבור רכישת נתונים על מבוססי בגביש בודד, מולקולרי (כלומר, [TbEu (bpm) (t,)6], איור 1a), איור 2 מראה סקירה של המערכת, כמו גם את המיקום הנכון של קוביות אופטיות בכיוונון. איור 3 מראה צילום מסך של התוכנה physpec המכילה את התפריטים המשמשים במהלך רכישת hsi. איור 4 ואיור 5 הצג את שלב המיקרוסקופ בפירוט רב יותר, כולל מיקום שקופית הזכוכית המכילה את המדגם לניתוח. תאורת UV שנבחרה הופעלה כדי להראות את הזוהר האדום הגלוי של הגביש (איור 4a ו -1 באיור 5). איור 6a מראה תמונת שדה בהיר של הגביש שהוקלט לאחר התאמת המדגם בפוקוס הנכון. ניתן לראות בבירור את מורפולוגיה המחט כמו הגביש. איור 6b, c הצג את התמונה של אותו גביש תחת עירור UV עם תצוגה מלאה (איור 6b) או מקומי מוגבל (איור 6b) תאורה. תחת התאורה UV רחב, הבדלים של בהירות פליטה מן הפרצופים השונים של הגביש הם גלויים מיד. התאורה המוגבלת יכולה לשמש כאופציה, בעיקר לחקור כל השפעה של אנרגיה או העברה קלה בגביש, דבר שעלול לעורר התנהגות מורה-גל. במקרה זה, פליטה חזקה מזוהה בנקודה לא ישירות תחת עירור. זה מרמז כי הגירה אנרגיה יעילה מתרחשת דרך גביש13 (5 ו 6 באיור 7).

מקוביית היפרספקטקטרלית שנרכשה, ניתן עוד להשיג את התפלגות ספקטרלית בצורה של תמונה המייצגת אורך גל ספציפי, פרופיל העוצמה של גל פליטה מסוים, כמו גם ספקטרום הפליטה בכל פיקסל או אזור של הקוביה היפרספקטראלית הנרכש. כדוגמה, ספקטרום הפליטה שניתן באיור 7 (פאנל 4) מראים את רצועות הפליטה האופייניות ביותר של האיחוד האירופי3 + יון: הלהקה נצפתה ב 590 ננומטר מוקצה דיפול מגנטי (MD) 5D07F1 מעבר של האיחוד האירופי3 +, בעוד פסגות הפליטה באזור מ 610 ל 630 nm מתוך דיפול בכוח רגישות מאולץ חשמלי (ED) 5ד07F2 האיחוד האירופי3 + מעבר. היחס בין העוצמה המשולבת של שני מעברים אלה ידוע היטב להיות בדיקה מעולה של הסביבה הכימית סביב בתוך3 + יון במבנה של גביש אחד21: ככל שהסימטריה נמוכה יותר סביב בתוך3 + יון, גדול יותר הוא היחס ED/MD. זה מאפשר להסיק מסקנות לגבי האופי הסימטרי של הסביבה הכימית של בתוך3 + יון. יתר על כן, פיצול שטרק של 5ד 0מעבר02 F המעבר יכול גם להיות מתואם עם סימטריה סביב בתוך3 + בסביבה הפגמים בגבישים שלה – התחתון סימטריה, גבוה יותר הוא מספר תת רמות סטארק. במקרה של מחט כמו פולימורף התגבשו במערכת גביש נמוכה סימטרית טריקלינית, the 5D0→ מעבר7F2 פיצולים לארבע תת-פסגות (ספקטרום המוצג באיור 7, פאנל 4). ניתוח כזה מושך במיוחד כאשר משווים את המאפיינים האופטיים של מספר פולימונטים של גביש זורח. בעבר הדגמנו כי המידע על הסביבה הכימית להסיק מן הניתוח האופטי בקורלציה היטב עם מבנה הגביש המולקולרי המתקבל על ידי ניתוח רנטגן גביש אחד13. יתר על כן, הפרופיל ספקטרלי לאורך הפנים גבישים שונים הראו באיור 7 (פאנל 3), המציין פליטה בהירה בקצה בצד פרצופים, יכול גם להיות מתואם עם בתוך3 +· · בתוך3 + למרחקים יון בשלושת הכיוונים המרחבי (איור 1b): צפוף בתוך3 + אריזה לאורך הצירים בניצב לקצה צד פרצופים, בהתאמה, לטובה יון האנרגיה העברה. מכאן, שיפור פליטה הוא נצפתה בפנים בהתאמה, ובכך, anisotropy אופטי.

בסך הכל, האפשרויות השונות של ניתוח נתונים, המוצג באיור 7 ואיור 8, מהווים את התכונות החשובות ביותר של מידע ספקטרוסקופי משולב ומרחבי, אשר ניתן לחקור על ידי ניתוח hsi של דגימות זורח.

Figure 1
איור 1: המבנה המולקולרי וסידור הפגמים בגבישים. (א) מבנה של הטרודינאורור בקומפלקס בסיס מבוסס [tbeu (bpm)6], שם ב1 ו-2 הם Tb3 + ו האיחוד האירופי3 + יונים. קבוצות לא מסדר ואטומי מימן מושמטות לבהירות. קוד צבע: האיחוד האירופי: ציאן כהה; C: אפור; O: אדום; N: כחול; F: ירוק ליים. (ב) ייצוג המולקולרי אריזת הגביש: (i) התצוגה העליונה ו-(ii) עצה של מבנה המחט כמו גביש יחיד עם מולקולרית מולקולרית ומולקולרי בתוך · · במרחקים (היחידות התת-מטבדות ואטומי המימן מושמטים לבהירות). (3) הסדר אריזת הקריסטל של (t, bmp)6] דימרים (אטומי מימן מושמטים לבהירות). (iv) דיאגרמה של הצמיחה גביש פנים של דיימר חושף את הקצר ביותר בתוך · · במרחקים (0 1 0) ו (2 -1 1) פגמים בגבישים כיוונים. הדמות השתנתה מהפניה 13. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: סקירה של מערכת הדמיה היפרספקטקטרלית. מוצג הוא התצורה הדרושה עבור מיפוי האור באזור ספקטרלי לעין באמצעות עירור UV. (א) השקפה כללית של המערכת, כאשר 1 הוא שלב המיקרוסקופ, 2 הוא הסעיף המכיל את התצורה האופטית, ו 3 הוא ספקטרומטר עם גלאי גלוי וניר. (ב) השקפה פתוחה של ההגדרה האופטית קרוב לשלב המיקרוסקופ (צד ימני של a) המציגה את התצורה האופטית של הניסוי: קוביית אופטי מיקום 4 נשאר ריק וקוביית מיקרוסקופ קונפוקלית מוקם במיקום 5 כדי לנתב את האור דרך הנתיב הגלוי, הקוביה הגלויה ממוקם במיקום 6 כדי לכוון את האור הנראה לנתיב הזיהוי, ואת קוביית קונפוקלית וקד חריר ממוקם במיקום 7 כדי לנתב את האור לנתיב לזיהוי גלוי. (ג) השקפה פתוחה של ההגדרה האופטית קרוב לגלאי (צד שמאל של a), מראה עמדה 8, שם הקוביה ספקטרומטר מיקוד ממוקם כדי לשקף את האור של ספקטרומטר ומצלמה גלויה. כניסת 9 מראה את הבורג כדי לכוונן את רוחב הפתיחה של הספקטרומטר. (ד) השקפה של מיקרוסקופ הבמה, מחשב מנורה בפס רחב (משמש עירור הUV) בקר. בכניסה, בקר מנורה בפס רחב מוצג עם פרטים נוספים: 10 הוא לחצן הדלקה/כיבוי, 11 הוא כפתור כדי לשלוט על עוצמת המנורה, ו 12 הוא כפתור תריס. (ה) מציג את הנתיב לעין/ניר אופטי משלב המיקרוסקופ לגלאים, כולל מיקומי הקוביה האופטיים מ- 4 עד 8. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: צילום מסך של התוכנה physpec מציג את התפריט עם הפרמטרים כדי להיות מותאם עבור hsi .1 מאפשר להוסיף את סרגל סרגל הצבעים בתמונה המצלמה צבע; 2 ו- 3 מאפשרים לשלוט על זמן חשיפה ולהשיג ערך של מצלמת הצבע, בהתאמה; העדשה האובייקטיבית הנכונה יש לבחור 4; 5 מאפשר את הבחירה של הפתח של הנקב; 6 (דיטר) ו -7 (מסנן) לאפשר לבחור את הגלאי ואת הסורג, בהתאמה; זמן החשיפה עבור הגלאי הגלוי מוגדר ב- 8. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: מבט כללי על שלב המיקרוסקופ. (א) מיקום שקופית הזכוכית המכילה את המדגם בשלב, עם תאורת UV על הצגת האור האדום של המדגם (נקודה אדומה קטנה במרכז שקופית הזכוכית). (ב) מבט על במת המיקרוסקופ עם האור הלבן מקבל תאורה למעלה. (ג) בקר במה המציג את מוט ההיגוי השולט בתנועת הבמה בכיוונים המצוינים על-ידי חיצים כתומים וצהובים (המוצג גם ב-(א). (ד) השקפה מפורטת של לחצן המיקוד, המעביר את השלב בהנחיות המפורטות על-ידי החץ האדום (המוצג גם ב-(ב)). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 5
איור 5: מרכיבי הבמה של המיקרוסקופ. 1 מיקרוסקופ הבמה עם המדגם על השקופית זכוכית ממוקם על הבמה לדוגמה על גבי עדשות אובייקטיבי; 2 גלגלים כדי לכוונן את המוקד (גלגל גדול) כדי לכוון את הפליטה שנתפסו (גלגל קטן) רק על הגלאי (L), באופן חלקי לגלאי ובאופן חלקי למצלמה (R), או רק לעדשות המשקפת (עין); 3 עירור/פליטה מסנני הגלגל המשמש לבחירת טווח גל עירור. הפרט מימין מציג את קוביית המסננים המחזיקה את מסנן ה-UV ואת מסנן המעבר הארוך המשמש בניסוי זה; 4 בחלק העליון/תחתון הם להראות את הידיות כדי להזיז את קרן עירור דרך המדגם, בעוד באמצע, בקרת הצמצם שדה עגול; 5 עדשות אובייקטיבי; 6 לחצן הופעל/כיבוי של התאורה הלבנה אור; 7 כפתור כדי לכוונן את הבהירות של מנורת האור הלבן. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 6
איור 6: תמונות מיקרוסקופ אופטי של גביש אחד מנותח. תמונות אלה הושגו תחת (a) אור לבן תאורה, (ב) השקפה מלאה התאורה uv, באמצעות הצמצם מעגלית עירור פתוח לחלוטין, ו (ג) מקומית מוגבלת תאורה UV (מסומן על ידי המעגל הלבן), באמצעות מיפתח מעגלי עירור קרוב. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 7
איור 7: צילום מסך של התוכנה physpec מראה את הקובייה היפרספקטראלית תהליך ניתוח נתונים. שיטות מגוונות לניתוח ספקטרלי ניתן להחיל על הקוביה היפרספקטראלית: 1 מראה את אורך הגל שנבחר עבור התפלגות התמונה ספקטרלית המוצגת ב 2; 3 מראה 613.26 ננומטר אופקי (7) ו אנכי (8) פרופילים בעוצמה; 4 מציג את ספקטרום הפליטה שחולצו מן היעדים 5 ו 6, כמו גם מהאזור מודגש 9. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 8
איור 8: יישום אלטרנטיבי של hsi בודק את הסינרגיה בין upconverting חלקיקים ו לנתניד תסביכים. דוגמה זו מציגה את הניתוח היפראספקטקטרלי של מערכת היברידית המורכבת גבישים מולקולריים ([Tb2(bpm) (tfaa)6]) בשילוב עם הפיכת חלקיקי חלקיקים (nagdf4: Tm3 +, yb3 +). (א) פוטוציגרפיםמתחתללבן ואור UV תאורה יחד עם אזור הריבית (ROI) המשמש להדמיה היפרספקטראלית תחת 980 הקרנה אור ננומטר. (ב) Tm3 + ו-Tb עקיף3 + פליטות מנוטרים מעל שטח של 20 x 20 יקרומטר2. (ג) וריאציה של העוצמה המוחלטת של להקות פליטה נעה ברחבי המערכת היברידית המציינת כמה השתנות בכמות הכוללת של החומר המופץ על פני השטח. (ד) היחס בין הפליטה המשולבת של הקומפלקס לעומת tm3 +: 1g43H6 (ריבועים) ו-Tm3 +: 1g43F4 (עיגולים) אישר את הנוכחות הסימולטני של שני moieties ברחבי המערכת היברידית ואת האינטראקציה הומוגנית ביניהם. סרגלי קנה מידה הם 20 יקרומטר ב photomicrographs ו-5 יקרומטר ב-rois ומפות ספקטרליות. בצבעים האמיתיים מוצגים פוטוציגרפים. האיור שונה מהפניה 11. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

פרוטוקול הדימות היפראספקטקטרלי כאן מתאר גישה ישירה המאפשרת להשיג מידע ספקטרוסקופי במיקומים מדויקים של המדגם. באמצעות ההתקנה המתוארת, הרזולוציה המרחבית (x ו- y מיפוי) יכול להגיע עד 0.5 יקרומטר בעוד הרזולוציה ספקטרלי יכול להיות של 0.2 nm עבור המיפוי בטווח הגלוי ו 0.6 nm עבור הטווח ניר.

כדי לבצע מיפוי היפרספקטקטרלי על גביש אחד, הכנה לדוגמא מלווה בהליך קל: ניתן פשוט להניח את הגביש על שקופית מיקרוסקופ זכוכית, המכוסה בזכוכית כיסוי לפי הצורך. התמקדות במדגם באמצעות עדשות אובייקטיבי נכונה התמונה בשדה בהיר על הגדרת צבע מצלמה בתוכנה היא צעד חשוב מאוד במהלך השלב טרום ניתוח כדי להשיג תמונות היפרקטרליות הטוב ביותר שנפתרו. בדרך כלל, עוצמות פליטה גבוהות יותר מתקבלות כאשר המדגם ממוקד היטב. ברגע שזה נעשה, הבחירה של הפרמטרים של הניתוח כגון הספירות x ו- y וגודל השלב יהיה להכתיב את שדה התצוגה ואת הדגימה המרחבית, בהתאמה של הקוביה היפראספקטקטרלית שהתקבלו. עם זאת, הצמצם מ́s המטרה ואת אורכי גל עירור/פליטה להכתיב את הנפח האמיתי של המדגם כי הוא נחקר בכל נקודת הרכישה. לדוגמה, עבור המטרה המשמשת במחקר זה, עם צמצם מספרי (NA) של 0.4, ושימוש עירור בטווח ספקטרלי UV (390 ננומטר), במקום לייזר ממוקד יש גודל של כ 0.6 x 0.6 יקרומטר בכיוון x ו- y . גודל מקום הלייזר החושב באמצעות האתר (https://www.microscopyu.com/tutorials/imageformation-airyna, הגישה בספטמבר 26, 2019). אם גודל השלב שנבחר גדול יותר מהדגימה המרחבית, ניתן למעשה לדגימה אזור קטן יותר מהערך שניתן על-ידי גודל השלב. אם המדגם הוא הומוגניות, ייתכן שהדגימה אינה בעיה. עם זאת, אם וריאציות מרחבית במדגם חשוב לזהות, דגימה אופטימלית מושגת עם גודל צעד להגדיר במחצית הגודל של קרן הלייזר על המדגם. הזמן חשיפה שנבחרה ואת עוצמת ההארה שנבחרו UV ישלוט בעוצמת הספקטרום המתקבל. פרמטרים כאלה משתנים ממדגם למדגם, בהתאם לעוצמת הפליטה ואת הרגישות לכיוון עירור UV.

בשלב זה, השלבים הקריטיים בפרוטוקול יכולים להיות רשומים כ: את היישור של המערכת האופטית, המיקום הנכון של קוביות אופטיות, התקנה של הצמצם המעגלי של עירור והפתיחות גלאי, הבחירה של הנקב, מוקד המדגם במצלמה צבע באמצעות עדשות אובייקטיבי הנכון, את עוצמת מנורת הפס הרחב בחירה נכונה של קוביית לעבור ארוך מסנן (המאפשר עירור UV) , כמו גם בחירה של גודל השלב המתאים וזמן החשיפה כאמור לעיל. לבסוף, אורות החדר חייבים להיות כבויים במהלך כל הזמן של רכישת הקוביה היפראספקטראלית.

במקרה של זיהוי אותות עניים או עם מצלמת הצבע או הספקטרומטר, פתרון בעיות של הטכניקה צריך לכלול בדיקה בקפידה כל אחד הצעדים הקריטיים שניתנו לעיל, לפני התחלת רכישת הקוביה היפראספקטקטרלית. התצורה של אות הפלט בשלב המיקרוסקופ חשוב גם. שלוש תצורות אפשריות הן: עין (100% של אות הפלט נשלחת המשקפת מיקרוסקופ הר), L (100% של אות הפלט נשלחת גלאי) ו-R (80% של אות הפלט נשלחת גלאי ו 20% על הר המשקפת מיקרוסקופ). במהלך רכישת הקובייה היפרספקטראלית, יש להשתמש בתצורה R או L. אם כל הפרמטרים המפורטים לעיל נבחרו כראוי, מידע מרחבי ברזולוציה גבוהה וספקטרלי של המדגם ניתן להשיג.

כמה שינויים אפשריים של הטכניקה המתוארת במסמך זה ניתן למצוא על ידי הדמיה היפרספקטראלית של מערכות אחרות, כגון מיקרוחלקיקים זורח14 או מערכות היברידית אופטית מורכב של גבישים מולקולריים בשילוב עם הפיכת חלקיקי חלקיקים (איור 8)11. בדוגמאות אלה, דיודת לייזר ניר (980 ננומטר) שימש כמקור עירור, החלפת עירור UV, תוך גילוי הפליטה הגלויה הנוצרת. בדוגמה השנייה של מערכת היברידית, HSI חשף את ההומוגניות של סרטים היברידיים המשלבים הפיכת חלקיקים (NaGdF4: Tm3 +, yb3 +) ו [Tb2(bpm) (tfaa)6] גבישים לתוך מערכת מרובת אורכי גל תגובה איזוטרופי, המציגות העברת11אנרגיה בין חומרים ומולקולות (איור 8 יתר על כן, באמצעות גלאי InGaAs של המערכת, גילוי של פליטות באזור של ניר ספקטרלי (1000 כדי 1700 nm) הופך לאפשרי. זה עניין מיוחד כאשר מחפשים את החקירה של מבוססי ניר בדיקה אופטית עבור יישומים ביו3. במקרה זה, התצורה של קוביות אופטיות של המערכת (איור 2e) צריכה להיות מוגדרת עבור נתיב ניר. במקרה של הפליטה של ניר עירור-ניר, אחת המגבלות של טכניקת ההיפר-ספקטקטרלית שתוארה לעיל, הופכת לברורה: בתור תלות באורך הגל, הרזולוציה הספקטרלית באזור ניר נמוכה מזו לגילוי הגלוי, כלומר כ- 0.6 ננומטר (לעומת 0.2 nm). יתר על כן, עבור תכונות משנה 1 יקרומטר, למשל גבישים מולקולריים קטנים יותר, חלקיקי חלקיקים או מערכות היברידיות, הרזולוציה המרחבית, אשר מוכתב על ידי תצורת המערכת (מטרות בשימוש ו עירור/פליטה אורכי), הופך למגבלה פוטנציאלית נוספת.

לבסוף, (ללא קשר לתצורת HSI שנבחרו משטר אורך הגל) מניפולציה נתונים ניתן לעשות גם עם התוכנה של המכשיר או, כפי שמוצג במקרה של הפרופילים ספקטרלי, ניתן לייצא כדי להיות מנותח בחבילות תוכנה אחרות כגון מקור® או Microsoft Excel. בדוגמה שלנו, anisotropy אופטי של הגביש היה גם מייד נחשף בתמונת המצלמה צבע, כלומר על ידי וריאציה עוצמה חזקה לאורך הפנים גבישים שונים. יתר על כן, תחת הריגוש UV רחב, עוצמות פליטה שונים מתקבלים בהתאם הפנים מנותח (איור 7). האפשרות להשיג את הפרופיל עוצמה פליטה בנקודות עניין שונות על הגביש (מטרות באיור 7) עוד מאפשר ללמוד וריאציה בעוצמת פליטה, אם קיים, גם בצורה ספקטרלית. הפולימורף הדומה לבלוק של [TbEu (bpm) (t,)6] מהווה דוגמה שבה שתי פנים קריסטל הציגו עוצמות פליטה גבוהה באותה מידה ועוצמת פליטה נמוכה יותר עבור השלישי13. משקיעים על זה, במקרה של מערכת ללא anisotropy, עוצמת פליטה יהיה זהה עבור כל הפנים גביש.

שיטות משלימות לחקור anisotropy אופטי הם למשל קשור לנוכחות של פליטה מקוטב ממדגם. אלה כוללים זיכרון פולריזציה או מערך אליפטי ספקטרוסקופי. הראשון מורכב בקורלציה בין מצב הקיטוב של האור הנפלט על ידי החומר עם המצב הפולריזציה של אור עירור האירוע,22,23 בעוד האחרון מודד את השינוי במצב הקיטוב של האור לאחר שהוא משתקף באמצעות סרט מדגם דק24. עם זאת, יתרון של שימוש הדמיה היפרספקטראלית ככלי עבור הבדיקה anisotropy אופטי, כפי שמוצג כאן, מגיע עם העובדה כי נוכחות של פולריזציה היא לא דרישה ניתוח לדוגמה. כמו-כן, ההכנה לדוגמה אינה מצריכה ייצור של סרטים דקים, לא כיוון מזהיר מאוד של הגביש ביחס לאירוע ולאיסוף האור. היבטים אלה הופכים את הטכניקה של HSI בפוטנציאל הרלוונטי יותר. יתר על כן, התכונות אניסוטרופי מייד מדמיינו על רכישת תמונה, וניתוח נתונים הוא פשוט (כפי שמוצג לעיל).

בהתחשב בהיקף רחב יותר, ניתן לייחס את המשמעות של טכניקת HSI למאפיין הייחודי שלה כדי לקבל את האות האופטי עם תכונות תלויות סביבה. למשל, חיבור כזה חיוני כדי לשפר את ההבנה של האינטראקציות ננו-bio3,15,16 בתחום הצומח של ננו-רפואה או אפילו להבין מבנה-מאפייני הקשר בחומרים המדע10,11,12,13. ככאלה, ניתן לנקוב ביישומים פוטנציאליים בעתיד של הטכניקה המתוארת במסמך זה, אך לא להיות מוגבלים: ניתוח דגימות ביולוגיות בתחומי החוץ, ex vivo ו ב vivo ביצוע מיפוי של מולקולות של עניין ביולוגי4,6, עיבוד של שלב המיקרוסקופ כדי ללמוד איכות הסביבה מאפיינים opto-אלקטרוניים (g. דגימות מוטבע במעגלים), טמפרטורה אופטית חישה8,15 (על ידי הוספת בקר טמפרטורה לשלב המיקרוסקופ) או חישה גז (על ידי התאמת תא גז לשלב המיקרוסקופ) HSI יש עוד הפגינו כמתאים טכניקות עירור הזריחה במקום פליטת פלואורסצנטית25. דוגמה טובה לשימוש בעיבוד טכניקה מיוחדת זו היפרספקטקטרלית היא גילוי של תאים סרטניים ברקמות ביולוגיות6. כתוצאה מכך, הפרוטוקול המתואר כאן יש את הפוטנציאל להיות מורחב במידה רבה למחקר של תכונות ספקטרוסקופיות של סוגים רבים ושונים של מבנים זורח.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

. למחברים אין מה לגלות למחברים אין אינטרסים פיננסיים מתחרים.

Acknowledgments

המחברים מודים למר דילן Errulat ו פרופ ' מורמאלי Murugesu מהמחלקה לכימיה ומדעים ביוקולקולריות של אוניברסיטת אוטווה לאספקת [TbEu (bpm) (t,)6] גבישים בודדים. ה. מ. ר, N.R., ו א סמולר בהכרת תודה את התמיכה הפיננסית שסיפקה אוניברסיטת אוטווה, הקרן הקנדית לחדשנות (CFI), ואת מדעי הטבע ומועצת המחקר ההנדסה קנדה (NSERC).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Microscope glass slides FisherBrand 12-550-15 Glass slides used for sample preparation
Visible and Near Infrared Hyperspectral Confocal Imager PhotonETC Microscope used for the analysis, builted according to the user needs, therefore it is no catalog number

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).
הדמיה היפרספקטראלית ככלי לחקר Anisotropy אופטי ב לנתניד מבוססי גבישים בודדים מולקולריים
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Rodrigues, E. M., Rutajoga, N., Rioux, D., Yvon-Leroux, J., Hemmer, E. Hyperspectral Imaging as a Tool to Study Optical Anisotropy in Lanthanide-Based Molecular Single Crystals. J. Vis. Exp. (158), e60826, doi:10.3791/60826 (2020).More

Rodrigues, E. M., Rutajoga, N., Rioux, D., Yvon-Leroux, J., Hemmer, E. Hyperspectral Imaging as a Tool to Study Optical Anisotropy in Lanthanide-Based Molecular Single Crystals. J. Vis. Exp. (158), e60826, doi:10.3791/60826 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter