ब्राइटफील्ड, दूसरी हार्मोनिक पीढ़ी (एसएचजी) इमेजिंग तौर-तरीकों के साथ ब्रॉडबैंड कंपन सम-आवृत्ति पीढ़ी (वीएसएफजी) छवियों को प्राप्त करने के लिए एक मल्टीमॉडल, रैपिड हाइपरस्पेक्ट्रल इमेजिंग फ्रेमवर्क विकसित किया गया था। अवरक्त आवृत्ति आणविक कंपन के साथ गुंजायमान होने के कारण, सूक्ष्म संरचनात्मक और मेसोस्कोपिक आकृति विज्ञान ज्ञान समरूपता-अनुमत नमूनों का पता चलता है।
कंपन योग-आवृत्ति पीढ़ी (वीएसएफजी), एक दूसरे क्रम का नॉनलाइनियर ऑप्टिकल सिग्नल, पारंपरिक रूप से ~ 100 μm के स्थानिक रिज़ॉल्यूशन के साथ स्पेक्ट्रोस्कोपी तकनीक के रूप में इंटरफेस पर अणुओं का अध्ययन करने के लिए उपयोग किया जाता है। हालांकि, स्पेक्ट्रोस्कोपी एक नमूने की विषमता के प्रति संवेदनशील नहीं है। मेसोस्कोपिक रूप से विषम नमूनों का अध्ययन करने के लिए, हमने, दूसरों के साथ, वीएसएफजी स्पेक्ट्रोस्कोपी की रिज़ॉल्यूशन सीमा को ~ 1 μm स्तर तक धकेल दिया और VSFG माइक्रोस्कोप का निर्माण किया। यह इमेजिंग तकनीक न केवल इमेजिंग के माध्यम से नमूना आकृति विज्ञान को हल कर सकती है, बल्कि छवियों के हर पिक्सेल पर ब्रॉडबैंड वीएसएफजी स्पेक्ट्रम भी रिकॉर्ड कर सकती है। एक दूसरे क्रम की नॉनलाइनर ऑप्टिकल तकनीक होने के नाते, इसका चयन नियम गैर-सेंट्रोसिमेट्रिक या चिरल स्व-इकट्ठी संरचनाओं के विज़ुअलाइज़ेशन को सक्षम बनाता है जो आमतौर पर जीव विज्ञान, सामग्री विज्ञान और बायोइंजीनियरिंग में पाए जाते हैं। इस लेख में, दर्शकों को एक उल्टे ट्रांसमिशन डिज़ाइन के माध्यम से निर्देशित किया जाएगा जो अनिर्धारित नमूनों की इमेजिंग की अनुमति देता है। यह काम यह भी दर्शाता है कि वीएसएफजी माइक्रोस्कोपी एक तंत्रिका नेटवर्क फ़ंक्शन सॉल्वर के साथ संयोजन करके व्यक्तिगत स्व-इकट्ठे शीटों की रासायनिक-विशिष्ट ज्यामितीय जानकारी को हल कर सकती है। अंत में, विभिन्न नमूनों के ब्राइटफील्ड, एसएचजी और वीएसएफजी कॉन्फ़िगरेशन के तहत प्राप्त छवियां संक्षेप में वीएसएफजी इमेजिंग द्वारा प्रकट की गई अनूठी जानकारी पर चर्चा करती हैं।
कंपन योग-आवृत्ति पीढ़ी (वीएसएफजी), एक दूसरे क्रम की नॉनलाइनर ऑप्टिकल तकनीक1,2, का उपयोग रासायनिक रूप से समरूपता-अनुमत नमूने 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13 को प्रोफाइल करने के लिए स्पेक्ट्रोस्कोपी उपकरण के रूप में बड़े पैमाने पर किया गया है। 14,15,16,17,18,19,20,21,22. परंपरागत रूप से, वीएसएफजी को इंटरफेशियल सिस्टम 8,9,10,11 (यानी, गैस-तरल, तरल-तरल, गैस-ठोस, ठोस-तरल) पर लागू किया गया है, जिसमें व्युत्क्रम समरूपता की कमी है – वीएसएफजी गतिविधि के लिए एक आवश्यकता। वीएसएफजी के इस अनुप्रयोग ने दफन इंटरफेस 12,13, इंटरफेस 14,15,16,17,18 पर पानी के अणुओं के विन्यास और इंटरफेस 19,20,21,22 पर रासायनिक प्रजातियों के आणविक विवरण का खजाना प्रदान किया है।
यद्यपि वीएसएफजी इंटरफेस पर आणविक प्रजातियों और विन्यास को निर्धारित करने में शक्तिशाली रहा है, लेकिन उलटा केंद्रों की कमी वाली सामग्रियों की आणविक संरचनाओं को मापने में इसकी क्षमता पूरी नहीं हुई है। यह आंशिक रूप से है क्योंकि सामग्री उनके रासायनिक वातावरण, रचनाओं और ज्यामितीय व्यवस्था में विषम हो सकती है, और एक पारंपरिक वीएसएफजी स्पेक्ट्रोमीटर में 100 μm2 के क्रम पर एक बड़ा रोशनी क्षेत्र होता है। इस प्रकार, पारंपरिक वीएसएफजी स्पेक्ट्रोस्कोपी एक विशिष्ट 100 μm2 रोशनी क्षेत्र में नमूने की औसत जानकारी पर रिपोर्ट करता है। इस औसत के कारण विपरीत झुकाव वाले अच्छी तरह से ऑर्डर किए गए डोमेन के बीच सिग्नल रद्दीकरण हो सकता है और स्थानीय विषमताओं 15,20,23,24 के गलत चित्रण हो सकता है।
उच्च संख्यात्मक एपर्चर (एनए), चिंतनशील-आधारित माइक्रोस्कोप उद्देश्यों (श्वार्ज़स्चिल्ड और कैसेग्रेन ज्यामिति) में प्रगति के साथ, जो लगभग क्रोमैटिक विपथन से मुक्त हैं, वीएसएफजी प्रयोगों में दो बीम का फोकस आकार 100 μm 2 से 1-2μm 2 और कुछ मामलों में सबमाइक्रोन25 तक कम किया जा सकता है। इस तकनीकी प्रगति सहित, हमारे समूह और अन्य लोगों ने वीएसएफजी को माइक्रोस्कोपी प्लेटफॉर्म 20,23,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36 में विकसित किया है। हाल ही में, हमने एक उल्टे ऑप्टिकल लेआउट और ब्रॉडबैंड डिटेक्शन स्कीम37 को लागू किया है, जो मल्टीमॉडल छवियों (वीएसएफजी, दूसरी हार्मोनिक पीढ़ी (एसएचजी), और ब्राइटफील्ड ऑप्टिकल) के निर्बाध संग्रह को सक्षम बनाता है। मल्टी-मोडिटी इमेजिंग ऑप्टिकल इमेजिंग का उपयोग करके नमूनों के त्वरित निरीक्षण की अनुमति देता है, विभिन्न प्रकार की छवियों को एक साथ सहसंबंधित करता है, और नमूना छवियों पर सिग्नल की स्थिति का पता लगाता है। अक्रोमैटिक रोशनी प्रकाशिकी और स्पंदित लेजर रोशनी स्रोत की पसंद के साथ, यह ऑप्टिकल प्लेटफॉर्म फ्लोरेसेंस माइक्रोस्कोपी38 और रमन माइक्रोस्कोपी जैसी अतिरिक्त तकनीकों के भविष्य के निर्बाध एकीकरण की अनुमति देता है।
इस नई व्यवस्था में, पदानुक्रमित संगठनों और आणविक स्व-विधानसभाओं (एमएसए) के एक वर्ग जैसे नमूनों का अध्ययन किया गया है। इन सामग्रियों में कोलेजन और बायोमिमेटिक्स शामिल हैं, जहां रासायनिक संरचना और ज्यामितीय संगठन दोनों सामग्री के अंतिम कार्य के लिए महत्वपूर्ण हैं। क्योंकि वीएसएफजी एक दूसरे क्रम का नॉनलाइनर ऑप्टिकल सिग्नल है, यह विशेष रूप से इंटरमॉलिक्युलर व्यवस्था39,40 के प्रति संवेदनशील है, जैसे कि इंटरमॉलिक्युलर दूरी या घुमावदार कोण, जिससे यह रासायनिक रचनाओं और आणविक व्यवस्था दोनों को प्रकट करने के लिए एक आदर्श उपकरण बन जाता है। यह काम कोर इंस्ट्रूमेंट के वीएसएफजी, एसएचजी और ब्राइटफील्ड तौर-तरीकों का वर्णन करता है जिसमें एक येटेरबियम-डोप्ड कैविटी सॉलिड-स्टेट लेजर शामिल है जो एक ऑप्टिकल पैरामीट्रिक एम्पलीफायर (ओपीए), एक होम-निर्मित मल्टीमॉडल इनवर्टेड माइक्रोस्कोप और मोनोक्रोमेटर आवृत्ति विश्लेषक को दो-आयामी चार्ज युग्मित डिवाइस (सीसीडी) डिटेक्टर27 के साथ युग्मित करता है। एक चरण-दर-चरण निर्माण और संरेखण प्रक्रियाएं, और सेटअप की एक पूरी भाग सूची प्रदान की जाती है। एक एमएसए का गहन विश्लेषण, जिसका मौलिक आणविक सबयूनिट सोडियम-डोडेसिल सल्फेट (एसडीएस), एक सामान्य सर्फेक्टेंट के एक अणु और β-साइक्लोडेक्सट्रिन (β-सीडी) के दो अणुओं से मिलकर बना है, जिसे यहां SDS@2-सीडी के रूप में जाना जाता है, यह दिखाने के लिए एक उदाहरण के रूप में भी प्रदान किया जाता है कि वीएसएफजी संगठित पदार्थ के अणु-विशिष्ट ज्यामितीय विवरण ों को कैसे प्रकट कर सकता है। यह भी प्रदर्शित किया गया है कि एमएसए के रासायनिक-विशिष्ट ज्यामितीय विवरण को तंत्रिका नेटवर्क फ़ंक्शन सॉल्वर दृष्टिकोण के साथ निर्धारित किया जा सकता है।
सबसे महत्वपूर्ण कदम 1.42 से 1.44 तक हैं। ऑप्टिकल स्थानिक रिज़ॉल्यूशन के लिए उद्देश्य लेंस को अच्छी तरह से संरेखित करना महत्वपूर्ण है। उत्सर्जित सिग्नल को इकट्ठा करना, रिले करना और स्कैनिंग बीम को प्रवेश द?…
The authors have nothing to disclose.
उपकरण विकास ग्रांट एनएसएफ सीएचई -1828666 द्वारा समर्थित है। जेडडब्ल्यू, जेसीडब्ल्यू और डब्ल्यूएक्स को राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान, नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ जनरल मेडिकल साइंसेज, ग्रांट 1आर 35जीएम 138092-01 द्वारा समर्थित किया जाता है। बीवाई यूथ इनोवेशन प्रमोशन एसोसिएशन, चीनी विज्ञान अकादमी (सीएएस, 2021183) द्वारा समर्थित है।
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 |