A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

تم تطوير إطار تصوير فائق الطيفية متعدد الوسائط وسريع للحصول على صور توليد مجموع التردد الاهتزازي عريض النطاق (VSFG) ، جنبا إلى جنب مع طرائق التصوير من الجيل التوافقي الثاني (SHG). نظرا لتردد الأشعة تحت الحمراء الذي يتردد صداه مع الاهتزازات الجزيئية ، يتم الكشف عن المعرفة المورفولوجية الهيكلية المجهرية والميزوسكوبية للعينات المسموح بها بالتناظر.

Abstract

تم استخدام توليد المجموع الاهتزازي للتردد (VSFG) ، وهو إشارة بصرية غير خطية من الدرجة الثانية ، تقليديا لدراسة الجزيئات في الواجهات كتقنية طيفية بدقة مكانية تبلغ ~ 100 ميكرومتر. ومع ذلك ، فإن التحليل الطيفي ليس حساسا لعدم تجانس العينة. لدراسة العينات غير المتجانسة من الناحية الميزوسكوبية ، قمنا ، مع آخرين ، بدفع حد دقة التحليل الطيفي VSFG إلى مستوى ~ 1 ميكرومتر وقمنا ببناء مجهر VSFG. لا يمكن لتقنية التصوير هذه حل أشكال العينات من خلال التصوير فحسب ، بل يمكنها أيضا تسجيل طيف VSFG واسع النطاق في كل بكسل من الصور. كونها تقنية بصرية غير خطية من الدرجة الثانية ، فإن قاعدة الاختيار الخاصة بها تمكن من تصور الهياكل غير المتماثلة أو المجمعة ذاتيا الموجودة عادة في علم الأحياء وعلوم المواد والهندسة الحيوية ، من بين أمور أخرى. في هذه المقالة ، سيتم توجيه الجمهور من خلال تصميم ناقل الحركة المقلوب الذي يسمح بتصوير عينات غير ثابتة. يوضح هذا العمل أيضا أن الفحص المجهري VSFG يمكنه حل المعلومات الهندسية الخاصة بالمواد الكيميائية للصفائح الفردية المجمعة ذاتيا من خلال دمجها مع حل وظائف الشبكة العصبية. أخيرا ، تناقش الصور التي تم الحصول عليها في ظل تكوينات brightfield و SHG و VSFG لعينات مختلفة بإيجاز المعلومات الفريدة التي كشف عنها تصوير VSFG.

Introduction

تم استخدام توليد المجموع الاهتزازي للتردد (VSFG) ، وهي تقنية بصرية غير خطية من الدرجة الثانية 1,2 ، على نطاق واسع كأداة طيفية لتحديد العينات المسموح بها كيميائيا3،4،5،6،7،8،9،10،11،12،13 ، 14,15,16,17,18,19,2....

Protocol

1. مجهر VSFG لمسح الخط الطيفي

  1. نظام الليزر
    1. استخدم نظام ليزر نابض (انظر جدول المواد) متمركز عند 1025 نانومتر ± 5 نانومتر. يتم ضبط الليزر على 40 واط ، 200 كيلو هرتز (200 ميكروجول / نبضة) بعرض نبضة ~ 290 fs.
      ملاحظة: يمكن أن يختلف معدل التكرار الدقيق ، ويعمل الليزر بمعدل تكرار مرتفع بشكل أفضل بشكل عام مع مجهر VSFG هذا.
    2. قم بتوجيه إخراج ليزر البذور إلى مضخم حدودي بصري تجاري (OPA) لتوليد حزمة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة (MIR) (انظر جدول المواد). اضبط MIR على تكرار الاهتمامات (الشكل 1 أ).
      ملاحظة: في الدراسة الحالية ، يتمركز MIR عند 3450 نانومتر ± 85 نانومتر (~ 2900 ± 72 سم -1) مع ....

النتائج

figure-results-68
الشكل 5: التركيب الجزيئي والتشكل واتجاه الجهد ل SDS@β-CD . (أ) المنظر العلوي و (ب) التركيب الكيميائي للمنظر الجانبي ل SDS@β-CD. ج: التوزيع التمثيلي غير المتجانس للعينات للصفائ.......

Discussion

الخطوات الأكثر أهمية هي من 1.42 إلى 1.44. من الأهمية بمكان محاذاة العدسة الموضوعية جيدا للحصول على دقة مكانية بصرية. من المهم أيضا جمع الإشارة المنبعثة والترحيل وإسقاط شعاع المسح كخط عند شقوق المدخل. ستضمن المحاذاة المناسبة أفضل دقة ونسبة إشارة إلى ضوضاء. بالنسبة لعينة نموذجية ، مثل أوراق SDS@2 ?.......

Disclosures

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

Acknowledgements

يتم دعم تطوير الأداة من قبل Grant NSF CHE-1828666. يتم دعم ZW و JCW و WX من قبل المعاهد الوطنية للصحة ، المعهد الوطني للعلوم الطبية العامة ، Grant 1R35GM138092-01. يتم دعم BY من قبل جمعية تعزيز الابتكار للشباب ، الأكاديمية الصينية للعلوم (CAS ، 2021183).

....

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
1x Camera PorThorlabsWFA4100connect a camera to a microscope or optical system
25.0 mm Right-Angle Prism Mirror, Protected GoldThorlabsMRA25-M01reflect light and produce retroreflection, redirecting light back along its original path
3” Universal Post Holder-5 PackThorlabsUPH3-P5hold and support posts of various sizes and configurations
30 mm to 60 mm Cage Plate, 4 mm ThickThorlabsLCP4Sconvert between a 30 mm cage system and a 60 mm cage system
500 mm Tall Cerna Body with Epi ArmThorlabsCEA1500provide the function of enabling top illumination techniques in microscopy
60 mm Cage Mounted Ø50.0 mm IrisThorlabsLCP50Scontrol the amount of light passing through an optical system
60 mm Cage Mounting BracketThorlabsLCP01Bmount and position a 60 mm cage system in optical setups
Air spaced EtalonSLS Optics Ltd.Customizedgenerate narrow-band 1030 nm light 
Cage Plate Mounting BracketThorlabsKCB2hold and adjust mirrors at a precise angle
CCDAndor TechnologiesNewton 2D CCD for frequency and spatial resolution
Collinear Optical Parametric AmplifierLight ConversionOrpheus-One-HPTunable MID light generator
Copper ChlorideThermo Fischer ScientificA16064.30Self-assembly component
Customized Dichroic MirrorNewportCustomizedselectively reflects or transmits light based on its wavelength or polarization
Ext to M32 Int AdapterThorlabsSM1A34provide compatibility and facilitating the connection between components with different thread types
Infinity Corrected Refractive ObjectiveZeiss420150-9900-000Refractive Objective
Infinity Corrected Schwarzschild ObjectivePike Technologies Inc.891-0007Reflective objective
LaserCarbide, Light-ConversionC18212Laser source
M32x0.75 External to Internal RMSThorlabsM32RMSSadapt or convert the threading size or type of microscope objectives 
M32x0.75 External to M27x0.75 Internal EngravingThorlabsM32M27Sadapt or convert the threading size or type of microscope objectives 
Manual Mid-Height Condenser Focus ModuleThorlabsZFM1030adjust the focus of an optical element
MonochromatorAndor TechnologiesShamrock 500iProvides frequency resolution for each line scan
Motorized module with 1" Travel for Edge-Mounted ArmsThorlabsZFM2020control the vertical positon of the imaging objective
NanopositionerMad City Labs Inc.MMP33D sample stage
Resonant ScannerEOPCSC-25325Hz resonant beam scanner
RGB Color CCD CameraThorlabsDCU224CBrightfield camera, discontinued but other cameras will work just as well
RGB tube lensThorlabsITL200white light collection
Right Angle Kinematic BreadboardThorlabsOPX2400incorporate a sliding mechanism with two fixed positions
Right Angle Kinematic Mirror Mount, 30 mmThorlabsKCB1hold and adjust mirrors at a precise angle
Right Angle Kinematic Mirror Mount, 60 mmThorlabsKCB2hold and adjust mirrors at a precise angle
SM2, 60 mm Cage Arm for Cerna Focusing StageThorlabsCSA2100securely mount and position condensers
Snap on Cage Cover for 60 mm Cage, 24 in Long,ThorlabsC60L24enclose and protect the components inside the cage
Sodium dodecyl sulfateThermo Fischer ScientificJ63394.AKSelf-assembly component
Three-Chnnale Controller and Knob Box for 1" Cerna Travel StagesThorlabsMCM3001control ZFM2020
Tube lensThorlabsLA1380-AB - N-BK7SFG signal collection
Visible LED SetThorlabsWFA1010provide illumination in imaging setup
Whitelight SourceThorlabsWFA1010Whitelight illumination source for brightfield imaging
WPH05M-1030 - Ø1/2" Zero-Order Half-Wave Plate, Ø1" Mount, 1030 nm ThorlabsWPH05M-1030alter the polarization state of light passing through it
WPLQ05M-3500 - Ø1/2" Mounted Low-Order Quarter-Wave Plate, 3.5 µm ThorlabsWPLQ05M-3500alter the polarization state of light passing through it
X axis Long Travel Steel Extended Contact Slide StagesOptosigmaTSD-65122CUUpositioning stages that offer extended travel in the horizontal (X) direction
XT95 4in Rail CarrierThorlabsXT95RC4mount and position optical components
X-Y Axis Translation Stage w/ 360 deg. RotationThorlabsXYR1precise 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 HoleThorlabsXYT1provide precise movement and positioning in two dimensions
Yb doped Solid State LaserLight ConversionCB3-40WSeed laser
β-CyclodextrinThermo Fischer ScientificJ63161.22Self-assembly component

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 se....

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

202

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved