Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Multimodal ikke-lineær hyperspektral kjemisk avbildning ved hjelp av linjeskanning Vibrasjonell sumfrekvensgenereringsmikroskopi

Published: December 1, 2023 doi: 10.3791/65388
Automatic Translation
1, 1,2, 1, 1,3,4
1Department of Chemistry and Biochemistry, UC San Diego, 2State Key Laboratory of Molecular Reaction Dynamics, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, 3Materials Science and Engineering Program, UC San Diego, 4Department of Electrical and Computer Engineering, UC San Diego

Summary

Et multimodalt, raskt hyperspektralt bilderammeverk ble utviklet for å oppnå bredbånds vibrasjonell sumfrekvensgenerering (VSFG) bilder, sammen med brightfield, andre harmoniske generasjons (SHG) bildebehandlingsmodaliteter. På grunn av at den infrarøde frekvensen resonerer med molekylære vibrasjoner, avsløres mikroskopisk strukturell og mesoskopisk morfologikunnskap om symmetritillatte prøver.

Abstract

Vibrasjonell sumfrekvensgenerering (VSFG), et andreordens ikke-lineært optisk signal, har tradisjonelt blitt brukt til å studere molekyler ved grensesnitt som en spektroskopiteknikk med en romlig oppløsning på ~ 100 μm. Spektroskopien er imidlertid ikke følsom for heterogeniteten til en prøve. For å studere mesoskopisk heterogene prøver, presset vi sammen med andre oppløsningsgrensen for VSFG-spektroskopi ned til ~ 1 μm nivå og konstruerte VSFG-mikroskopet. Denne bildebehandlingsteknikken kan ikke bare løse prøvemorfologier gjennom bildebehandling, men også registrere et bredbånds VSFG-spektrum på hver piksel av bildene. Å være en andreordens ikke-lineær optisk teknikk, muliggjør valgregelen visualisering av ikke-sentrosymmetriske eller kirale selvmonterte strukturer som ofte finnes i biologi, materialvitenskap og bioteknologi, blant andre. I denne artikkelen vil publikum bli guidet gjennom en invertert overføringsdesign som gjør det mulig å avbilde ufikserte prøver. Dette arbeidet viser også at VSFG-mikroskopi kan løse kjemisk-spesifikk geometrisk informasjon om individuelle selvmonterte ark ved å kombinere den med en nevral nettverksfunksjonsløser. Til slutt diskuterer bildene som er oppnådd under brightfield-, SHG- og VSFG-konfigurasjoner av forskjellige prøver, kort den unike informasjonen som ble avslørt av VSFG-bildebehandling.

Introduction

Vibrasjonell sumfrekvensgenerering (VSFG), en andreordens ikke-lineær optisk teknikk1,2, har blitt brukt mye som et spektroskopiverktøy for å kjemisk profilere symmetritillatte prøver 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13, 14,15,16,17,18,19,20,21,22. Tradisjonelt har VSFG blitt brukt på grenseflatesystemer 8,9,10,11 (dvs. gass-væske, væske-væske, gass-fast, fast-væske), som mangler inversjonssymmetri - et krav for VSFG-aktivitet. Denne anvendelsen av VSFG har gitt et vell av molekylære detaljer av nedgravde grensesnitt 12,13, konfigurasjoner av vannmolekyler ved grensesnitt 14,15,16,17,18 og kjemiske arter ved grensesnitt 19,20,21,22.

Selv om VSFG har vært kraftig i å bestemme molekylære arter og konfigurasjoner ved grensesnitt, har potensialet i å måle molekylære strukturer av materialer som mangler inversjonssentre ikke blitt oppfylt. Dette skyldes blant annet at materialene kan være heterogene i sitt kjemiske miljø, sammensetninger og geometriske arrangement, og et tradisjonelt VSFG-spektrometer har et stort belysningsområde i størrelsesorden 100 μm2. Dermed rapporterer tradisjonell VSFG-spektroskopi om ensemble-gjennomsnittlig informasjon om prøven over et typisk 100 μm2 belysningsområde. Dette ensemblegjennomsnittet kan føre til signalkanselleringer mellom velordnede domener med motsatt orientering og feilkarakterisering av lokale heterogeniteter 15,20,23,24.

Med fremskritt i høy numerisk blenderåpning (NA), reflekterende mikroskopmål (Schwarzschild og Cassegrain geometrier), som er nesten fri for kromatiske avvik, kan fokusstørrelsen på de to bjelkene i VSFG-eksperimenter reduseres fra 100 μm 2 til 1-2 μm2 og i noen tilfeller submikron25. Inkludert denne teknologiske utviklingen har vår gruppe og andre utviklet VSFG til en mikroskopiplattform 20,23,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36. Nylig har vi implementert et invertert optisk layout og bredbåndsdeteksjonsskjema37, som muliggjør en sømløs samling av multimodale bilder (VSFG, andre harmoniske generasjon (SHG) og brightfield optisk). Multimodalitetsavbildningen tillater rask inspeksjon av prøver ved hjelp av optisk bildebehandling, korrelerer ulike typer bilder sammen og lokaliserer signalposisjoner på prøvebildene. Med den akromatiske belysningsoptikken og valget av pulserende laserbelysningskilde, muliggjør denne optiske plattformen fremtidig sømløs integrering av tilleggsteknikker som fluorescensmikroskopi38 og Raman-mikroskopi, blant andre.

I dette nye arrangementet har prøver som hierarkiske organisasjoner og en klasse av molekylære selvsamlinger (MSA) blitt studert. Disse materialene inkluderer kollagen og biomimetikk, hvor både kjemisk sammensetning og geometrisk organisering er viktig for materialets endelige funksjon. Fordi VSFG er et andreordens ikke-lineært optisk signal, er det spesielt følsomt for intermolekylære arrangementer39,40, for eksempel intermolekylære avstands- eller vridningsvinkler, noe som gjør det til et ideelt verktøy for å avsløre både kjemiske sammensetninger og molekylære arrangementer. Dette arbeidet beskriver VSFG-, SHG- og brightfield-modalitetene til kjerneinstrumentet som består av en ytterbium-dopet hulrom solid-state laser som pumper en optisk parametrisk forsterker (OPA), et hjemmebygd multimodalt invertert mikroskop og monokromatatorfrekvensanalysator koblet til en todimensjonal ladet koblet enhet (CCD) detektor27. En trinnvis konstruksjons- og justeringsprosedyrer, og en komplett deleliste over oppsettet, er gitt. En grundig analyse av en MSA, hvis grunnleggende molekylære underenhet består av ett molekyl natrium-dodecylsulfat (SDS), et vanlig overflateaktivt middel og to molekyler β-cyklodekstrin (β-CD), kjent som SDS@2 β-CD heri, er også gitt som et eksempel for å vise hvordan VSFG kan avsløre molekylspesifikke geometriske detaljer av organisert materie. Det har også blitt demonstrert at kjemisk-spesifikke geometriske detaljer av MSA kan bestemmes med en nevrale nettverksfunksjonsløser-tilnærming.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Hyperspektral linjeskanning VSFG-mikroskop

  1. Laser-system
    1. Bruk et pulserende lasersystem (se materialfortegnelse) sentrert ved 1025 nm ± 5 nm. Laseren er satt til 40 W, 200 kHz (200 μJ/puls) med en pulsbredde på ~290 fs.
      MERK: Den nøyaktige repetisjonsfrekvensen kan variere, og en laser med høy repetisjonsfrekvens fungerer generelt bedre for dette VSFG-mikroskopet.
    2. Før utgangen av frølaseren inn i en kommersiell optisk parametrisk forsterker (OPA) for å generere en mid-infrarød (MIR) stråle (se materialtabell). Still inn MIR til frekvensen av interesser (figur 1A).
      MERK: I denne studien er MIR sentrert ved 3450 nm ± 85 nm (~ 2900 ± 72 cm-1) med en pulsvarighet på ~ 290 fs og pulsenergi på ~ 6 μJ, som omfatter en del av -CHx funksjonell grupperegion.
  2. Opp-konvertering stråle
    1. Før den gjenværende 1025 nm strålen fra OPA gjennom en Fabry-Perot-etalon (se materialtabell) for å produsere en spektralt innsnevret oppkonverteringsstråle med en FWHM på ~ 4,75 cm-1.
    2. Romlig filtrer den innsnevrede 1025 nm strålen med et 8 μm safirhull.
      MERK: 1025 nm-strålen kan visualiseres ved hjelp av et NIR-kort.
    3. Kontroller polarisasjonen til 1025 nm-pulsen med en λ/2-bølgeplate (se materialfortegnelse).
  3. MIR-stråle
    1. Før MIR-strålen gjennom et forsinkelsestrinn for fin kontroll over den tidsmessige overlappingen.
    2. Kontroller polarisasjonen til MIR med en λ/2 bølgeplate.
  4. VSFG mikroskop
    1. Romlig overlapping av både opp-konvertering og MIR-stråler ved et tilpasset dikroisk speil (DM, figur 1B) som er transmissivt til MIR og reflekterende til NIR (se materialtabell). Bruk to iriser for å veilede justeringen: en rett etter DM, og en i den fjerne enden. Bruk en strømmåler etter iris for å avgjøre om MIR er sentrert, og bruk et NIR-kort for å finne NIR-posisjoner.
      MERK: Etter overlappingen kan NIR-strålen brukes til å lede begge bjelkene.
    2. Rett de overlappede strålene inn i et invertert mikroskop med en integrert 325 Hz enakset resonansstråleskanner (montert på en integrert toposisjonsskanner (I2PS), figur 1B) (se materialfortegnelse).
      MERK: Resonansskanneren projiserer en linje med de to overlappede bjelkene på bakåpningen til kondensatormålet. Den er montert på en glidebryter som muliggjør sømløs rekonfigurering mellom VSFG/SHG og brightfield-modaliteter.
    3. Fokuser de to romlig overlappende bjelkene på prøven med et rent reflekterende Schwarzschild-mål (SO, figur 1B,D) (se materialtabell).
    4. Samle VSFG-signalet generert av prøven med et uendeligkorrigert brytningsmål (RO, figur 1B,D) (se materialfortegnelse).
    5. Før det kollimerte utgangs-VSFG-signalet gjennom en lineær polarisator og deretter gjennom et telesentrisk rørlinsesystem bestående av to f = 60 mm fokale linser (TL1 og TL2, figur 1B, C) (se materialfortegnelse).
      MERK: Det forstørrede bildet fra rørlinsene dannes ved inngangsspalten til monokromatatoren (MC, figur 1B, C), og de romlige / frekvensoppløste dataene detekteres på en todimensjonal CCD-detektor (CCD, figur 1B).
  5. SHG-modus
    1. For å bytte til SHG-avbildning, blokker IR-strålen og roter gitteret til spektrografen til 501,5 nm for å avbilde SHG-signalet.
  6. Brightfield-modus
    1. Hvis du vil bytte til optisk bildebehandling i lysfeltet, slår du på hvitlyskilden (se Materialfortegnelse). Flytt den integrerte glidebryteren (I2PS, figur 1B) for å samle inn lysfeltbilder i motforplantningsretningen, slik at avbildningsmålet (RO) fungerer som kondensator og kondensatormålet (SO) fungerer som avbildningsmål.
    2. Lag et bilde av den kollimerte utgangen fra brytningsmålet ved sensorplanet til et RGB-lysfeltkamera ved hjelp av et kommersielt tilgjengelig rørlinsesystem (se Materialfortegnelse).

Figure 1
Figur 1 Multimodalt hyperspektralt VSFG-mikroskop. (A) Toppvisning av kjerneoppsettet. En 1025 nm pumpelaser ble sendt til en OPA for å generere en justerbar mid-IR-puls. Den resterende 1025 nm ble ofte innsnevret av en etalon (E) og romlig filtrert inn i en gaussisk stråle av et romlig filter (SFG). Mid-IR- og 1025 nm-stråler overlappes romlig ved et tilpasset dikroisk speil (DM) og ledes gjennom det inverterte mikroskopet (boksområde i A). (B) De to strålene sendes til en 325 Hz resonansstråleskanner montert på en integrert 2-posisjons glidebryter (I2PS), noe som muliggjør sømløs veksling mellom lysfelt og ikke-lineære optiske modaliteter. Mikroskopplattformen er utstyrt med et reflekterende basert uendeligkorrigert Schwarzschild-objektiv (SO) som fungerer som en kondensator og et brytningsbasert uendeligkorrigert bildemål (RO) montert på et vertikalt nanopositioning (VNP) z-aksetrinn. SO fokuserer linjen med innkommende stråler som resonansstråleskanneren reflekterer på prøven mens RO samler VSFG-linjeseksjonen av signaler. Det er viktig å finkontrollere z-akseposisjonen til RO med 1 μm presisjon for å sikre at prøven har best mulig fokal tilstand for bildebehandling av høy kvalitet. Den kollimerte linjen til VSFG-signalet blir deretter rettet til et rørlinsesystem bestående av 2-rørslinser (TL1 og TL2), som danner et forstørret bilde ved inngangsspalten til monokromatatoren (MC). Den frekvensoppløste spektralinjen blir deretter hyperspektralt avbildet på en ladningskoblet enhet (CCD). Etter å ha samlet hver hyperspektrale linje, skannes prøven i aksen vinkelrett på resonansstråleskanneraksen ved hjelp av NP. For å samle lyse feltbilder av prøven, flyttes I2PS til lysfeltposisjonen, og et speil som avskjærer den hvite lyskilden (WLS) er installert. Lyset blir deretter fokusert av RO og avbildet av SO. Et bilde dannes deretter på sensorplanet til brightfield-kameraet (BC) på toppen av det inverterte mikroskopet. (C) Detaljert visning av den optiske banen gjennom rørlinseområdet inn i MC og CCD. (D) Detaljert visning av prøveområdet mellom SO og RO. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

2. Hyperspektral mikroskopjustering og vertikal CCD-akse romlig kalibrering

  1. Optimaliser omtrent posisjonen til prøveplanet (nano positioner z-aksen) ved hjelp av en standardprøve av ZnO (1 μm tykk) mønstersputter belagt 15 mm x 15 mm x 0,170 mm ± 0,005 mm coverslip og bringe den inn i lysfeltfokus ved hjelp av brightfield imaging-modaliteten.
    MERK: Z-posisjonen til RO, samt justeringen av det hvite lyset, må kanskje justeres etter behov. Et representativt bilde av ZnO på glassmønsteret som brukes til justeringskalibrering, er vist i figur 2.
  2. Flytt I2PS tilbake til den ikke-lineære belysningsarmen og optimaliser prøvehøyden for den maksimale ikke-resonante VSFG-intensiteten generert av ZnO-regionene observert på CCD-kameraet.
    MERK: Z-posisjonen til RO må justeres for maksimal intensitet. Man må kanskje gjenta trinn 2.1 og 2.2 et par ganger før den optimale høyden på prøven, og RO er nådd.
  3. Slå på resonansstråleskanneren og samle en linje med bildene.
  4. Samle bilder med ikke-resonant intensitet ved å skanne prøven vinkelrett på stråleskannerretningen. Ta vertikale stykker av bildedataene og fastsett piksel:mikron-forholdet. (se figur 3 og dens forklaring).
    MERK: Den deriverte av disse linjeseksjonene analyseres for å produsere det vertikale CCD-aksen piksel: mikronforhold som vil bli brukt til fremtidige bilder.

Figure 2
Figur 2: Representativ bildekvalitet for grov justering av lysfeltavbildningsmodalitet for et ZnO-mønster. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 3
Figur 3: Arbeidsflyt for kalibrering av loddrett akse. Denne figuren illustrerer hvordan du konverterer CCD-pikslene til vertikale romlige dimensjoner i enheten μm. (A) Et bilde samles inn og rekonstrueres av ZnO-mønstret omslagsdel. Deretter pikselavstanden fra den ene til den andre kanten av mønsteret (liten vertikal stolpe i A). Fordi ZnO-mønsterkrysset er designet for å ha en bredde på 25 μm, kan man bruke forholdet mellom fysisk bredde og pikselbredde her for å beregne forholdet mellom fysisk og pikseldimensjon. Et representativt, vertikalt aksekalibrert bilde vises i (B). (C) Til slutt tas et vertikalt stykke som indikert av den røde linjen. (D) Den deriverte av den vertikale skiven er tatt for å oppnå den romlige oppløsningen. Den deriverte av det vertikale stykket brukes til å oppnå den romlige oppløsningen. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

3. Hyperspektral datainnsamling

  1. Samle spektrene til en vertikal linje av VSFG-signalene på CCD, hvis spektra er spredt langs den horisontale aksen og romlige posisjoner registreres på CCDs vertikale akse.
    MERK: Dette resulterer i et todimensjonalt datasett for en seksjon med én linje.
  2. Etter at linjeseksjonen av prøven er hyperspektralt avbildet, skann prøven i aksen vinkelrett på linjeskanningsaksen ved hjelp av den tredimensjonale nanoposisjoneringsenheten (NP, figur 1).
    MERK: 3D nano positioner er viktig for høy presisjon og reproduserbarhet ved lokalisering av prøveområder (x-y-planet), samt å bringe prøven i fokus (z-aksen).
  3. Gjenta mellom trinn 3.1 og trinn 3.2 for å samle inn et VSFG hyperspektralt bilde.

4. Hyperspektral dataanalyse

  1. Spektralt unmix dataene ved hjelp av MatLab imaging toolbox hyperspektral bildebibliotek arbeidsflyt41.
    MERK: Spektral unmixing korrelerer romlige steder til unike spektra. Matlab-kode for hyperspektral dataanalyse finnes i tilleggsfil 1.
    1. Lag en 4-dimensjonal hyperkube (x = romlig, y = romlig, z = frekvensavhengig intensitet, ω = frekvens) ved hjelp av hyperkubefunksjonen i Matlabs bildebehandlingsverktøykasse hyperspektrale bildebibliotek41.
    2. Identifiser antall unike spektra med countEndmembersHFC-funksjonen med en sannsynlighet for falsk alarm (PFA) verdi på 10-7.
    3. Identifiser unike spektra ved hjelp av nfindr-spektralblandingsfunksjonen.
    4. Til slutt, ved hjelp av sid-funksjonen , knytter du hver piksel til et av de unike spektrene som ble identifisert i forrige trinn.
      MERK: Ytterligere spektral unmixing og matching metoder kan gjøres med alternative funksjoner / algoritmer som tilbys i MatLab Hyperspectral Imaging Library41.
  2. Tilpass sumdataene for hvert isolerte ark til Voigt-funksjonen42 (tilleggsfil 1).
    MERK: Lorentzian-funksjonen representerer den rene homogene linjeformgrensen, mens den gaussiske funksjonen stammer fra inhomogene grenser. I virkeligheten kan systemene være i en kombinasjon av homogene og inhomogene grenser, noe som krever en Voigt-funksjon - en vanlig praksis for kondensert fasespektroskopi, inkludert VSFG.

5. Geometrisk analyse av prøven

  1. Bestem geometrien til prøvene ved å følge prosedyren nevnt i trinn 5.2-5.3. I denne studien brukes SDS@2 β-CD som eksempel. Utlede de symmetritillatte tensorelementene i χ(2) basert på C 7-symmetrien til den molekylære underenheten i SDS@2 β-CD-mesoarkprøven.
    MERK: Symmetrien tillatt χ(2) avhenger av symmetri. For å beregne tillatt ikke-lineær følsomhet for enhver symmetri, se referanse43.
  2. Bruk Euler-rotasjonen27 for å relatere laboratorierammemålingene til molekylrammen.
    MERK: Når det gjelder SDS@2 β-CD, fører C 7-symmetrien til åtte uavhengige ligninger som relaterer 8 utganger (laboratorieramme χ (2) til 8 inngang (6 uavhengig hyperpolariserbarhet β (2) og to vinkler: Θ, hellingsvinkelen i forhold til prøveplanet for alle arkene, og φ, rotasjonen i planet av arket (figur 4)). To ark brukes til å trekke ut de vanlige molekylære justeringene av de to arkene. Relasjonene mellom φ1 ogφ 2 (rotasjonsvinkel i planet for de to arkene) kan trekkes ut fra lysfeltbildene. I det gjeldende eksemplet φ2 = φ1 + 60°. Det antas at alle molekylære enhetsfliser i samme vinkel, så Θ1 = Θ2. Dette resulterer i 11 ukjente (9 uavhengige, inkludert 6 uavhengige hyperpolariserbarhet β(2), Θ 1 ogφ 1, og det relative dekningsforholdet mellom ark N, og de to avhengige vinklene, som er φ 2 og Θ 2) for 16 kjente (8 laboratorierammepolarisasjoner per ark og to ark).
  3. Relatere den polarisasjonsoppløste laboratorierammen χ (2) og molekylær rammehyperpolariserbarhet β (2) med en nevral nettverksfunksjonsløser.
    MERK: En detaljert oppsummering av denne tilnærmingen finnes i referanse27.
    1. Opprett en lagdelt nevral nettverksmodell i Python44ved hjelp av Keras som består av 200-100-50 nodestruktur og en hyperbolsk tangentaktiveringsfunksjon.
    2. Opprett en tilfeldig generert 100000 x 11 matrise med verdier av β(2), Θ 1, Θ 2, φ1, φ 2 og N. Beregn den tilsvarende laboratorierammen 16 χ (2), ved hjelp av ligningen bestemt i 5.2 av Euler-rotasjoner.
    3. Bruk de beregnede χ(2)-verdiene (totalt 100 000 x 16 verdier) som inndata, og lær å forutsi 11 verdier (β(2), Θ 1, Θ 2, φ1, φ 2 og N) når de leveres 16 χ(2)-verdier.
    4. Når du har fått opplæring, kan du bruke et annet sett med 1000 oppføringer med både innganger og utganger for å teste den opplærte modellen. Den predikerte utdataene og den sanne utgangen skal vise et lineært forhold med en stigningstall på 1.
    5. Til slutt, oppgi den eksperimentelt målte χ (2) fra to ark (hvert ark har 8 χ (2) målt), og bruk den trente modellen til å forutsi hellingsvinkelen Θ, sammen med andre egenskaper.

Figure 4
Figur 4: Illustrasjon av Euler-transformasjon. (A) Illustrasjon av Euler-transformasjonen mellom laboratoriekoordinatene (XYZ), andreordens følsomhet χ(2) og molekylære koordinater (xyz) hyperpolariserbarhet βijk. z-y'-z'' Euler-rotasjon utføres på molekylære koordinater, med φ som rotasjonsvinkelen i planet, θ som tiltvinkelen og ψ som vridningsvinkelen. ψ er integrert for vilkårlige vridningsvinkler om molekylaksen. φ er ikke integrert fordi alle molekyler roterer til en bestemt vinkel i forhold til laboratorierammen for å danne de selvmonterte arkene. N er den relative overflatedekningen til de to arkene. (B) Visualisering av de vippede underenhetene som danner et ark bestemt av nevrale nettverksresultater. Denne figuren er modifisert fra Wagner et al.27. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Figure 5
Figur 5: Molekylær struktur, morfologi og potensiell orientering av SDS@β-CD. (A) Top-view og (B) side-view kjemisk struktur av SDS@β-CD. (C) Representativ heterogen prøvefordeling av mesoskalaarkene på prøveplanet. Den molekylære subenheten kan ha forskjellige orienteringer og justering på substratet, noe som er ukjent. Denne figuren er modifisert fra Wagner et al.27. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Mikroskopets evne til å diskriminere mellom unikt organiserte molekylære strukturer og isotrop bulk er demonstrert med SDS@2 β-CD-prøven23,34 (figur 5). I denne studien ble prøven fremstilt ved å tilsette β-CD og SDS til avionisert vann (DI) vann i forholdet 2: 1 til de to oppløsningene nådde en 10% m / m konsentrasjon. Suspensjonen ble deretter varmet opp til klarhet og avkjølt til romtemperatur over natten. CuCl 2 ble tilsatt i en konsentrasjon på 1:10 CuCl2: SDS for å justere de elektrostatiske interaksjonene, og blandingen fikk sitte i 3-5 dager for SDS@2 β-CD meso-ark for å danne fullt. Til slutt ble isolerte meso-plater produsert ved dråpestøping 5 μL av plateopphenget på en 15 mm x 15 mm x 0,170 mm ± 0,005 mm dekselslip festet til en spinnbelegger som opererer ved 10.000 o / min.

Mesoskalaplatene dannet fra deres selvmontering med en spesifikk C7-symmetri. Likevel er det uklart om molekylær orientering av den enkelt molekylære enheten i denne selvmonteringen, en grunnleggende kunnskap som kan påvirke de materielle funksjonene. (Figur 5C). VSFG-bilder av de selvmonterte arkene spredt på en omslagsseddel ble tatt (figur 6A). Gjennom spektralidentifikasjon (trinn 4 Hyperspektral dataanalyse) ved hjelp av Matlab hyperspektral avbildningsfunksjon, ble det funnet at alle ark kan kategoriseres i to typer, en med høyere VSFG-intensitet (blå spektra i figur 6B og ark merket med blått i figur 6A), og den andre med lavere intensitet. Ved å inspisere og sammenligne med det optiske bildet (figur 6C, D), syntes det store arket i midten av bildene å ha stablet doble ark, og dermed tilskrive den mindre VSFG-intensiteten på grunn av destruktiv interferens mellom de to forskjellige orienteringsarkene. Enkeltarket ble fokusert for å trekke ut den enkeltmolekylære enhetsorienteringen (blå i figur 6A). To av arkene (uthevet i røde og blå firkanter i figur 6A) ble målt ved ulike VSFG-polarisasjoner, og spektrene ble montert ved hjelp av Voigt-funksjonene. Merk at VSFG-polarisasjonen er beskrevet i ordresignalet, oppkonvertering og MIR. For eksempel betyr SSP P polarisering av IR, S polarisering av opp-konvertering og S polarisering av signaler.

Figure 6
Figur 6: Polarisasjonsløst VSFG-bildeoverlegg med brightfield-modalitet. (A) Polarisasjonsløst (SSS) hyperspektralt VSFG-bilde av SDS@2 β-CD. Lilla og rosa farger representerer områder der forskjellige spektra befinner seg, og de tilsvarende spektrene er plottet i (B), som er representative spektra for enkeltpiksler med signal-støy-forhold for henholdsvis blå og magenta spektra ~ 56 og ~ 26. Arkene i de røde og blå boksene analyseres eksplisitt nedenfor for å trekke ut de supramolekylære hellingsvinklene. (C) Brightfield-bilde av samme område som i (A). (D) VSFG hyperspektralt bilde overlagt med et optisk bilde av et identisk område. (E) Fra venstre mot høyre: PPS-, PPP-, SSP- og SSS-polarisasjonsløste spektra summert over 180 og 480 piksler i de to enkeltarkene uthevet i røde og blå bokser i (A). Alle spektra hadde en dominerende egenskap sentrert ved ca. 2910 cm-1 og et signal-støy-forhold i størrelsesorden 1000. Spektrene ble utstyrt med flere Voigt-funksjoner, som var representert av de skyggelagte områdene, og brukt til videre orienteringsanalyse. Denne figuren er modifisert fra Wagner et al.27. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Deretter, for å trekke ut molekylorienteringene, ble symmetri-tillatt hyperpolariserbarhet Equation 1 først bestemt, tillatt av symmetrivalgsregelen, ved bruk av den tidligere publiserte prosedyren43. Deretter er forholdet mellom laboratorierammen og molekylrammen avledet fra Euler-rotasjon27. Hellingsvinkelen θ ekstraheres deretter ved hjelp av nevrale nettverksmetoden som er skissert ovenfor, og hellingsvinkelen ble funnet å være ~ 23 ° (figur 6).

Til slutt vises muligheten for multimodal avbildning i denne plattformen37(figur 7). Her studeres tre forskjellige prøver, nemlig SDS@2 β-CD, kollagen og L-fenylalanyl-L-fenylalanin (FF), med mikroskopet med lysfelt-, SHG- og VSFG-bildemodaliteter. Først og fremst viste alle prøvene lignende morfologier på tvers av forskjellige bildemodaliteter. Både SHG og VSFG viste intensitetsvariasjoner romlig, noe som mangler i optiske bilder. Fordi SHG og VSFG begge krever bestilte ikke-sentrosymmetriske strukturer, kan variasjonen i signalintensitet komme fra variasjoner i lokal molekylær rekkefølge eller molekylære orienteringer. I motsetning til SHG kan man stille inn MIR-strålen til VSFG for å være resonant med forskjellige vibrasjonsmoduser. I tilfellet vist her ble CHx vibrasjonsmoduser studert ved 3,5 μm og Amid-I-modus ved 6 μm. For FFF ble VSFG-bilder med sterke og ensartede signaler oppnådd, noe som tyder på en velordnet selvmontert struktur for alle vibrasjonsgrupper - i samsvar med dens krystallinske natur. I motsetning til dette viste kollagenprøven et sterkere VSFG-signal i CHx-regionen over Amid-regionen, noe som indikerer at prøvene er fleksible og deres vibrasjonsgrupper har forskjellige grader av rekkefølge.

Figure 7
Figur 7: Multimodale bilder av tre ulike utvalg. (A i-A iii) SDS@2 β-CD brightfield, SHG (PP polarisasjon) og VSFG (PPP polarisasjon) av 3,5 μm regionbilder, henholdsvis. Ikke-lineære bilder overlappes med lysfeltbilder. Kjemiske strukturer av SDS og 2β-CD er vist i innfellingen av eni. (B i-B iv) Lyofilisert kollagen brightfield, SHG (PP polarisasjon), VSFG (PPP polarisasjon) på henholdsvis 3,5 μm og 6 μm regioner. Den kjemiske strukturen til den primære proteintrimerresten av kollagen, sammensatt av glycin, prolin og hydroksyprolin, er vist i innsatsen av Bi. (C I-CIV) FF brightfield, SHG (PP polarisasjon) og VSFG (PPP polarisasjon) på henholdsvis 3,5 μm og 6 μm regioner. Den kjemiske strukturen for FF-molekylære underenheter er vist i innfellingen av ci. Alle 6 μm-bildene er tatt under et renset nitrogeninstrumentmiljø for å fjerne demping fra luftfuktigheten. SDS@2 β-CD har ikke et VSFG-bilde på 6 μm fordi det ikke har Amid-grupper. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Tilleggsfil 1: Matlab-kode for hyperspektral dataanalyse Klikk her for å laste ned denne filen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

De mest kritiske trinnene er fra 1,42 til 1,44. Det er viktig å justere objektivlinsen godt for en optisk romlig oppløsning. Det er også viktig å samle det utsendte signalet, reléet og projisere skannestrålen som en linje ved inngangsspaltene. Riktig justering vil garantere den beste oppløsningen og signal-støy-forholdet. For en typisk prøve, som SDS@2 β-CD 100 μm x 100 μm ark, vil et bilde med god oppløsning (~1 μm oppløsning) med høyt signal-støy-forhold ta 20 minutter. Dette er allerede raskere enn den forrige versjonen av instrumentet24,26. Ytterligere forbedring av datainnsamlingshastigheten kan realiseres med en laser med høyere repetisjonshastighet.

Den nåværende begrensningen er romlig oppløsning, som kan forbedres ytterligere med enda høyere NA objektiv optikk og potensiell ikke-lineær optikkbasert superoppløsningsteknikk45. Heterodyndeteksjon har blitt brukt i VSFG-spektroskopi for å løse fasen og trekke ut molekylorienteringene 5,46,47,48. Dette er teknisk gjennomførbart i vårt eksperiment. Imidlertid er VSFG-avbildning naturlig avhengig av signalspredning fra prøven, noe som kryper fasen og dermed kompliserer forholdet mellom molekylær orientering og fasen av VSFG-signalet.

Avbildning av morfologi av materialer med kjemisk spesifisitet er utfordrende fordi mange avbildningsteknikker mangler molekylære følsomheter. Rask hyperspektral VSFG-mikroskopi fyller dette tomrommet ved å undersøke molekylære vibrasjonssignaturer og avsløre molekylære justeringer av mesoskala organisert materie som er viktige i materialvitenskap, kjemi og biologi. I fremtiden vil belysningsoptikkens reflekterende natur gjøre det mulig å integrere andre teknikker i kjerneinstrumentet, ytterligere øke dets evner og muliggjøre multimodale bilder av kjemiske, biologiske og materielle prøver.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingenting å avsløre.

Acknowledgments

Instrumentutviklingen er støttet av Grant NSF CHE-1828666. ZW, JCW og WX støttes av National Institutes of Health, National Institute of General Medical Sciences, Grant 1R35GM138092-01. BY støttes av Youth Innovation Promotion Association, Chinese Academy of Sciences (CAS, 2021183).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1x Camera Por Thorlabs WFA4100 connect a camera to a microscope or optical system
25.0 mm Right-Angle Prism Mirror, Protected Gold Thorlabs MRA25-M01 reflect light and produce retroreflection, redirecting light back along its original path
3” Universal Post Holder-5 Pack Thorlabs UPH3-P5 hold and support posts of various sizes and configurations
30 mm to 60 mm Cage Plate, 4 mm Thick Thorlabs LCP4S convert between a 30 mm cage system and a 60 mm cage system
500 mm Tall Cerna Body with Epi Arm Thorlabs CEA1500 provide the function of enabling top illumination techniques in microscopy
60 mm Cage Mounted Ø50.0 mm Iris Thorlabs LCP50S control the amount of light passing through an optical system
60 mm Cage Mounting Bracket Thorlabs LCP01B mount and position a 60 mm cage system in optical setups
Air spaced Etalon SLS Optics Ltd. Customized generate narrow-band 1030 nm light 
Cage Plate Mounting Bracket Thorlabs KCB2 hold and adjust mirrors at a precise angle
CCD Andor Technologies Newton  2D CCD for frequency and spatial resolution
Collinear Optical Parametric Amplifier Light Conversion Orpheus-One-HP Tunable MID light generator
Copper Chloride Thermo Fischer Scientific A16064.30 Self-assembly component
Customized Dichroic Mirror Newport Customized selectively reflects or transmits light based on its wavelength or polarization
Ext to M32 Int Adapter Thorlabs SM1A34 provide compatibility and facilitating the connection between components with different thread types
Infinity Corrected Refractive Objective Zeiss 420150-9900-000 Refractive Objective
Infinity Corrected Schwarzschild Objective Pike Technologies Inc. 891-0007 Reflective objective
Laser Carbide, Light-Conversion C18212 Laser source
M32x0.75 External to Internal RMS Thorlabs M32RMSS adapt or convert the threading size or type of microscope objectives 
M32x0.75 External to M27x0.75 Internal Engraving Thorlabs M32M27S adapt or convert the threading size or type of microscope objectives 
Manual Mid-Height Condenser Focus Module Thorlabs ZFM1030 adjust the focus of an optical element
Monochromator Andor Technologies Shamrock 500i Provides frequency resolution for each line scan
Motorized module with 1" Travel for Edge-Mounted Arms Thorlabs ZFM2020 control the vertical positon of the imaging objective
Nanopositioner Mad City Labs Inc. MMP3 3D sample stage
Resonant Scanner EOPC SC-25 325Hz resonant beam scanner
RGB Color CCD Camera Thorlabs DCU224C Brightfield camera, discontinued but other cameras will work just as well
RGB tube lens Thorlabs ITL200 white light collection
Right Angle Kinematic Breadboard Thorlabs OPX2400 incorporate a sliding mechanism with two fixed positions
Right Angle Kinematic Mirror Mount, 30 mm Thorlabs KCB1 hold and adjust mirrors at a precise angle
Right Angle Kinematic Mirror Mount, 60 mm Thorlabs KCB2 hold and adjust mirrors at a precise angle
SM2, 60 mm Cage Arm for Cerna Focusing Stage Thorlabs CSA2100 securely mount and position condensers
Snap on Cage Cover for 60 mm Cage, 24 in Long, Thorlabs C60L24 enclose and protect the components inside the cage
Sodium dodecyl sulfate Thermo Fischer Scientific J63394.AK Self-assembly component
Three-Chnnale Controller and Knob Box for 1" Cerna Travel Stages Thorlabs MCM3001 control ZFM2020
Tube lens Thorlabs LA1380-AB - N-BK7 SFG signal collection
Visible LED Set Thorlabs WFA1010 provide illumination in imaging setup
Whitelight Source Thorlabs WFA1010 Whitelight illumination source for brightfield imaging
WPH05M-1030 - Ø1/2" Zero-Order Half-Wave Plate, Ø1" Mount, 1030 nm  Thorlabs WPH05M-1030 alter the polarization state of light passing through it
WPLQ05M-3500 - Ø1/2" Mounted Low-Order Quarter-Wave Plate, 3.5 µm  Thorlabs WPLQ05M-3500 alter the polarization state of light passing through it
X axis Long Travel Steel Extended Contact Slide Stages Optosigma TSD-65122CUU positioning stages that offer extended travel in the horizontal (X) direction
XT95 4in Rail Carrier Thorlabs XT95RC4 mount and position optical components
X-Y Axis Translation Stage w/ 360 deg. Rotation Thorlabs XYR1 precise movement and positioning of objects in two dimensions, along with the ability to rotate the platform
XY(1/2") Linear Translator with Central SM1 Thru Hole Thorlabs XYT1 provide precise movement and positioning in two dimensions
Yb doped Solid State Laser Light Conversion CB3-40W Seed laser
β-Cyclodextrin Thermo Fischer Scientific J63161.22 Self-assembly component

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. Shen, Y. R. Surface properties probed by second-harmonic and sum-frequency generation. Nature. 337 (6207), 519-525 (1987).
  3. Li, Y., Shrestha, M., Luo, M., Sit, I., Song, M., Grassian, V. H., Xiong, W. Salting up of proteins at the air/water interface. Langmuir. 35 (43), 13815-13820 (2019).
  4. Wang, C., Li, Y., Xiong, W. Extracting molecular responses from ultrafast charge dynamics at material interfaces. Journal of Materials Chemistry C. 8 (35), 12062-12067 (2020).
  5. Nihonyanagi, S., Mondal, J. A., Yamaguchi, S., Tahara, T. Structure and dynamics of interfacial water studied by heterodyne-detected vibrational sum-frequency generation. Annual Review of Physical Chemistry. 64 (1), 579-603 (2013).
  6. Nihonyanagi, S., Yamaguchi, S., Tahara, T. Ultrafast dynamics at water interfaces studied by vibrational sum frequency generation spectroscopy. Chemical Reviews. 117 (16), 10665-10693 (2017).
  7. Singh, P. C., Nihonyanagi, S., Yamaguchi, S., Tahara, T. Ultrafast vibrational dynamics of water at a charged interface revealed by two-dimensional heterodyne-detected vibrational sum frequency generation. The Journal of Chemical Physics. 137 (9), 094706 (2012).
  8. Jubb, A. M., Hua, W., Allen, H. C. Environmental chemistry at vapor/water interfaces: insights from vibrational sum frequency generation spectroscopy. Annual Review of Physical Chemistry. 63 (1), 107-130 (2012).
  9. Ishiyama, T., Sato, Y., Morita, A. Interfacial structures and vibrational spectra at liquid/liquid boundaries: molecular dynamics study of water/carbon tetrachloride and water/1,2-dichloroethane interfaces. The Journal of Physical Chemistry C. 116 (40), 21439-21446 (2012).
  10. Sapi, A., Liu, F., Cai, X., Thompson, C. M., Wang, H., An, K., Krier, J. M., Somorjai, G. A. Comparing the catalytic oxidation of ethanol at the solid-gas and solid-liquid interfaces over size-controlled pt nanoparticles: striking differences in kinetics and mechanism. Nano Letters. 14 (11), 6727-6730 (2014).
  11. Chen, X., Wang, J., Sniadecki, J. J., Even, M. A., Chen, Z. Probing α-helical and β-sheet structures of peptides at solid/liquid interfaces with SFG. Langmuir. 21 (7), 2662-2664 (2015).
  12. Dramstad, T. A., Wu, Z., Gretz, G. M., Massari, A. M. Thin films and bulk phases conucleate at the interfaces of pentacene thin films. The Journal of Physical Chemistry C. 125 (30), 16803-16809 (2021).
  13. Xiang, B., Li, Y., Pham, C. H., Paesani, F., Xiong, W. Ultrafast direct electron transfer at organic semiconductor and metal interfaces. Science Advances. 3 (11), e1701508 (2017).
  14. Livingstone, R. A., Nagata, Y., Bonn, M., Backus, E. H. G. Two types of water at the water-surfactant interface revealed by time-resolved vibrational spectroscopy. Journal of the American Chemical Society. 137 (47), 14912-14919 (2015).
  15. Wagner, J. C., Hunter, K. M., Paesani, F., Xiong, W. Water capture mechanisms at zeolitic imidazolate framework interfaces. Journal of the American Chemical Society. 143 (50), 21189-21194 (2021).
  16. Montenegro, A., Dutta, C., Mammetkuliev, M., Shi, H., Hou, B., Bhattacharyya, D., Zhao, B., Cronin, S. B., Benderskii, A. V. Asymmetric response of interfacial water to applied electric fields. Nature. 594 (7861), 62-65 (2021).
  17. Nihonyanagi, S., Ishiyama, T., Lee, T., Yamaguchi, S., Bonn, M., Morita, A., Tahara, T. Unified molecular view of the air/water interface based on experimental and theoretical χ(2) spectra of an isotopically diluted water surface. Journal of the American Chemical Society. 133 (42), 16875-16880 (2011).
  18. Shen, Y. R., Ostroverkhov, V. Sum-frequency vibrational spectroscopy on water interfaces: polar orientation of water molecules at interfaces. Chemical Reviews. 106 (4), 1140-1154 (2006).
  19. Hosseinpour, S., Roeters, S. J., Bonn, M., Peukert, W., Woutersen, S., Weidner, T. Structure and dynamics of interfacial peptides and proteins from vibrational sum-frequency generation spectroscopy. Chemical Reviews. 120 (7), 3420-3465 (2020).
  20. Wang, H., Xiong, W. Vibrational sum-frequency generation hyperspectral microscopy for molecular self-assembled systems. Annual Review of Physical Chemistry. 72 (1), 279-306 (2021).
  21. Wang, H. -F., Velarde, L., Gan, W., Fu, L. Quantitative sum-frequency generation vibrational spectroscopy of molecular surfaces and interfaces: lineshape, polarization, and orientation. Annual Review of Physical Chemistry. 66 (1), 189-216 (2015).
  22. Inoue, K., Ahmed, M., Nihonyanagi, S., Tahara, T. Reorientation-induced relaxation of free oh at the air/water interface revealed by ultrafast heterodyne-detected nonlinear spectroscopy. Nature Communications. 11 (1), 5344 (2020).
  23. Wang, H., Gao, T., Xiong, W. Self-phase-stabilized heterodyne vibrational sum frequency generation microscopy. ACS Photonics. 4 (7), 1839-1845 (2017).
  24. Wang, H., Xiong, W. Revealing the molecular physics of lattice self-assembly by vibrational hyperspectral imaging. Langmuir. 38 (10), 3017-3031 (2022).
  25. Raghunathan, V., Han, Y., Korth, O., Ge, N. -H., Potma, E. O. Rapid vibrational imaging with sum frequency generation microscopy. Optics Letters. 36 (19), 3891 (2011).
  26. Wang, H., Wagner, J. C., Chen, W., Wang, C., Xiong, W. Spatially dependent h-bond dynamics at interfaces of water/biomimetic self-assembled lattice materials. Proceedings of the National Academy of Sciences. 117 (38), 23385-23392 (2020).
  27. Wagner, J. C., Wu, Z., Wang, H., Xiong, W. Imaging orientation of a single molecular hierarchical self-assembled sheet: the combined power of a vibrational sum frequency generation microscopy and neural network. The Journal of Physical Chemistry B. 126 (37), 7192-7201 (2022).
  28. Han, Y., Hsu, J., Ge, N. -H., Potma, E. O. Polarization-sensitive sum-frequency generation microscopy of collagen fibers. The Journal of Physical Chemistry B. 119 (8), 3356-3365 (2015).
  29. Chung, C. -Y., Potma, E. O. Biomolecular imaging with coherent nonlinear vibrational microscopy. Annual Review of Physical Chemistry. 64 (1), 77-99 (2013).
  30. Potma, E. O. Advances in vibrationally resonant sum-frequency generation microscopy. Optics in the Life Sciences Congress. , OSA: Washington, DC, 2017. p NM4C.2 (2017).
  31. Han, Y., Raghunathan, V., Feng, R. R., Maekawa, H., Chung, C. -Y. Y., Feng, Y., Potma, E. O., Ge, N. -H. H. Mapping molecular orientation with phase sensitive vibrationally resonant sum-frequency generation microscopy. The Journal of Physical Chemistry B. 117 (20), 6149-6156 (2013).
  32. Hsu, J., Haninnen, A., Ge, N. -H., Potma, E. O. Molecular imaging with sum-frequency generation microscopy. Optics in the Life Sciences. , OSA: Washington, DC, 2015. p NT4C.4 (2015).
  33. Hanninen, A., Shu, M. W., Potma, E. O. Hyperspectral imaging with laser-scanning sum-frequency generation microscopy. Biomedical Optics Express. 8 (9), 4230 (2017).
  34. Wang, H., Chen, W., Wagner, J. C., Xiong, W. Local ordering of lattice self-assembled SDS@2β-CD materials and adsorbed water revealed by vibrational sum frequency generation microscope. The Journal of Physical Chemistry B. 123 (29), 6212-6221 (2019).
  35. Cimatu, K., Baldelli, S. Chemical imaging of corrosion: sum frequency generation imaging microscopy of cyanide on gold at the solid−liquid interface. Journal of the American Chemical Society. 130 (25), 8030-8037 (2008).
  36. Shah, S. A., Baldelli, S. Chemical imaging of surfaces with sum frequency generation vibrational spectroscopy. Accounts of Chemical Research. 53 (6), 1139-1150 (2020).
  37. Wagner, J. ackson C., Zishan, W. u, Xiong, W. Multimodal nonlinear vibrational hyperspectral imaging. ChemRxiv. , (2023).
  38. Yan, C., Wagner, J., Wang, C., Ren, J., Lee, C., Wan, Y., Wang, S., Xiong, W. Multi-dimensional widefield infrared-encoded spontaneous emission microscopy: distinguishing chromophores by ultrashort infrared pulses. ChemRxiv. , (2023).
  39. Lin, Y., Fromel, M., Guo, Y., Guest, R., Choi, J., Li, Y., Kaya, H., Pester, C. W., Kim, S. H. Elucidating interfacial chain conformation of superhydrophilic polymer brushes by vibrational sum frequency generation spectroscopy. Langmuir. 38 (48), 14704-14711 (2022).
  40. Choi, J., Lee, J., Makarem, M., Huang, S., Kim, S. H. Numerical simulation of vibrational sum frequency generation intensity for non-centrosymmetric domains interspersed in an amorphous matrix: a case study for cellulose in plant cell wall. The Journal of Physical Chemistry B. 126 (35), 6629-6641 (2022).
  41. Matlab Image Processing Toolbox Hyperspectral Imaging Library. , The Mathworks, Inc., Natick, MA USA. Google Scholar Forthcoming.
  42. Armstrong, B. H. Spectrum line profiles: the Voigt function. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 7 (1), 61-88 (1967).
  43. Wu, Z., Xiong, W. Neumann's principle based eigenvector approach for deriving non-vanishing tensor elements for nonlinear optics. The Journal of Chemical Physics. 157 (13), 134702 (2022).
  44. Chollet, F. Keras Neural Network Library. https://github.com/fchollet/keras accessed Apr 12. , (2021).
  45. Vicidomini, G., Bianchini, P., Diaspro, A. STED super-resolved microscopy. Nature Methods. 15 (3), 173-182 (2018).
  46. Xiong, W., Laaser, J. E., Mehlenbacher, R. D., Zanni, M. T. Adding a dimension to the infrared spectra of interfaces using heterodyne detected 2D sum-frequency generation (HD 2D SFG) spectroscopy. Proceedings of the National Academy of Sciences. 108 (52), 20902-20907 (2011).
  47. Lukas, M., Backus, E. H. G., Bonn, M., Grechko, M. Passively stabilized phase-resolved collinear sfg spectroscopy using a displaced sagnac interferometer. The Journal of Physical Chemistry A. 126 (6), 951-956 (2022).
  48. Ji, N., Ostroverkhov, V., Chen, C., Shen, Y. Phase-sensitive sum-frequency vibrational spectroscopy and its application to studies of interfacial alkyl chains. Journal of the American Chemical Society. 129 (33), 10056-10057 (2007).

Tags

Kjemi utgave 202 infrarød avbildning ikke-lineær optikk strukturegenskap selvmontering vibrasjonssumfrekvensgenerering sumfrekvensgenereringsmikroskopi hyperspektral avbildning materialkarakterisering hierarkisk organisering
Multimodal ikke-lineær hyperspektral kjemisk avbildning ved hjelp av linjeskanning Vibrasjonell sumfrekvensgenereringsmikroskopi
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Wagner, J. C., Yang, B., Wu, Z.,… More

Wagner, J. C., Yang, B., Wu, Z., Xiong, W. Multimodal Nonlinear Hyperspectral Chemical Imaging Using Line-Scanning Vibrational Sum-Frequency Generation Microscopy. J. Vis. Exp. (202), e65388, doi:10.3791/65388 (2023).

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