הדמיה כימית היפרספקטרלית מולטימודאלית לא ליניארית באמצעות מיקרוסקופ יצירת סכום תדר רטט בסריקת קווים

Summary

מסגרת הדמיה היפרספקטרלית מהירה ורב-מודאלית פותחה כדי לקבל תמונות בפס רחב של יצירת סכום תדר רטט (VSFG), יחד עם שיטות הדמיה של שדה בהיר, דור הרמוני שני (SHG). בשל היותו של תדר האינפרא אדום מהדהד עם תנודות מולקולריות, מתגלה ידע מבני מיקרוסקופי ומורפולוגיה מזוסקופית על דגימות המותרות לסימטריה.

Abstract

יצירת סכום תדר רטט (VSFG), אות אופטי לא ליניארי מסדר שני, שימש באופן מסורתי לחקר מולקולות בממשקים כטכניקת ספקטרוסקופיה ברזולוציה מרחבית של ~100 מיקרומטר. עם זאת, הספקטרוסקופיה אינה רגישה להטרוגניות של דגימה. כדי לחקור דגימות הטרוגניות מבחינה מזוסקופית, דחפנו יחד עם אחרים את גבול הרזולוציה של ספקטרוסקופיית VSFG לרמה של ~1 מיקרומטר ובנינו את המיקרוסקופ VSFG. טכניקת הדמיה זו יכולה לא רק לפתור מורפולוגיות דגימה באמצעות הדמיה, אלא גם להקליט ספקטרום VSFG בפס רחב בכל פיקסל של התמונות. בהיותה טכניקה אופטית לא ליניארית מסדר שני, כלל הבחירה שלה מאפשר הדמיה של מבנים לא צנטרוסימטריים או כיראליים בהרכבה עצמית הנפוצים בביולוגיה, מדעי החומרים וביו-הנדסה, בין היתר. במאמר זה, הקהל יונחה באמצעות עיצוב שידור הפוך המאפשר הדמיה של דגימות לא קבועות. עבודה זו גם מראה כי מיקרוסקופ VSFG יכול לפתור מידע גיאומטרי ספציפי לכימיקלים של יריעות בודדות בהרכבה עצמית על ידי שילובו עם פותר פונקציות רשת עצבית. לבסוף, התמונות המתקבלות תחת תצורות brightfield, SHG ו- VSFG של דגימות שונות דנות בקצרה במידע הייחודי שנחשף על ידי הדמיה VSFG.

Introduction

יצירת סכום תדר רטט (VSFG), טכניקה אופטית לא ליניארית מסדר שני^1,2, שימשה באופן נרחב ככלי ספקטרוסקופיה לפרופיל כימי של דגימות מותרות לסימטריה 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13^, 14,15,16,17,18,19,20,21,22. באופן מסורתי, VSFG יושם על מערכות בין-פנים 8,9,10,11 (כלומר, גז-נוזל, נוזל-נוזל, גז-מוצק^, מוצק-מוצק), אשר חסרות סימטריה היפוך - דרישה לפעילות VSFG. יישום זה של VSFG סיפק שפע של פרטים מולקולריים של ממשקים קבורים 12,13, תצורות של מולקולות מים בממשקים 14,15,16,17,18, ומינים כימיים בממשקים ^19,20,21,22.

למרות ש-VSFG היה רב עוצמה בקביעת מינים מולקולריים ותצורות בממשקים, הפוטנציאל שלו במדידת מבנים מולקולריים של חומרים חסרי מרכזי היפוך לא מומש. הסיבה לכך היא שהחומרים יכולים להיות הטרוגניים בסביבתם הכימית, בהרכביהם ובסידור הגיאומטרי שלהם, ולספקטרומטר VSFG מסורתי יש שטח הארה גדול בסדר גודל של 100 מיקרומטר². לפיכך, ספקטרוסקופיית VSFG מסורתית מדווחת על מידע ממוצע של הדגימה על פני שטח תאורה טיפוסי של 100 מיקרומטר². ממוצע אנסמבל זה עלול להוביל לביטולי אותות בין תחומים מסודרים היטב עם אוריינטציות הפוכות ואפיון שגוי של הטרוגניות מקומיות 15,20,23,24.

עם התקדמות בצמצם מספרי גבוה (NA), מטרות מיקרוסקופ מבוססות רפלקטיביות (גאומטריות שוורצשילד וקסגריין), שהן כמעט נטולות סטיות כרומטיות, ניתן להקטין את גודל המיקוד של שתי האלומות בניסויי VSFG מ-100 מיקרון 2 ל-1-2 מיקרון² ובמקרים מסוימים תת-מיקרון²⁵. כולל התקדמות טכנולוגית זו, הקבוצה שלנו ואחרים פיתחו VSFG לפלטפורמת מיקרוסקופיה 20,23,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36. לאחרונה, יישמנו פריסה אופטית הפוכה וערכת זיהוי פס רחב³⁷, המאפשרת איסוף חלק של תמונות רב-מודאליות (VSFG, דור הרמוני שני (SHG) ואופטיקה בהירה). ההדמיה הרב-מודאלית מאפשרת בדיקה מהירה של דגימות באמצעות הדמיה אופטית, התאמה בין סוגים שונים של תמונות ואיתור מיקומי אותות על גבי תמונות הדגימה. עם אופטיקת ההארה האכרומטית והבחירה במקור הארה לייזר פועם, פלטפורמה אופטית זו מאפשרת שילוב חלק בעתיד של טכניקות נוספות כגון מיקרוסקופ פלואורסצנטי³⁸ ומיקרוסקופ ראמאן, בין היתר.

בסידור חדש זה נחקרו דגימות כגון ארגונים היררכיים ומחלקה של הרכבות עצמיות מולקולריות (MSAs). חומרים אלה כוללים קולגן וביומימטיקה, כאשר הן ההרכב הכימי והן הארגון הגיאומטרי חשובים לתפקוד הסופי של החומר. מכיוון ש-VSFG הוא אות אופטי לא ליניארי מסדר שני, הוא רגיש במיוחד לסידורים בין-מולקולריים^39,40, כגון מרחק בין-מולקולרי או זוויות פיתול^, מה שהופך אותו לכלי אידיאלי לחשיפת הרכבים כימיים וסידורים מולקולריים. עבודה זו מתארת את אופני VSFG, SHG ושדה בהיר של מכשיר הליבה המורכב מלייזר מצב מוצק מסומם בחלל ytterbium השואב מגבר פרמטרי אופטי (OPA), מיקרוסקופ הפוך רב-מודאלי שנבנה בבית ומנתח תדרים מונוכרומטור המחובר לגלאי מכשיר מצומד טעון דו-ממדי (CCD)²⁷. נהלי בנייה ויישור שלב אחר שלב, ורשימת חלקים מלאה של ההתקנה, מסופקים. ניתוח מעמיק של MSA, שתת-היחידה המולקולרית הבסיסית שלו מורכבת ממולקולה אחת של נתרן-דודציל סולפט (SDS), חומר פעיל שטח נפוץ, ושתי מולקולות של β-ציקלודקסטרין (β-CD), הידועות בשם SDS@2 β-CD כאן, מובאות גם הן כדוגמה כדי להראות כיצד VSFG יכול לחשוף פרטים גיאומטריים ספציפיים למולקולה של חומר מאורגן. כמו כן, הוכח כי ניתן לקבוע פרטים גיאומטריים ספציפיים לכימיקלים של MSA באמצעות גישת פותר פונקציות רשת עצבית.

Protocol

1. מיקרוסקופ VSFG היפרספקטרלי לסריקת קווים

1. מערכת לייזר
   1. השתמש במערכת לייזר פועם (ראה טבלת חומרים) שמרכזה 1025 ננומטר ± 5 ננומטר. הלייזר מוגדר על 40 W, 200 kHz (200 μJ / pulse) עם רוחב פולס של ~ 290 fs.
      הערה: קצב החזרה המדויק יכול להשתנות, ולייזר בקצב חזרה גבוה בדרך כלל עובד טוב יותר עבור מיקרוסקופ VSFG זה.
   2. להנחות את הפלט של לייזר הזרעים לתוך מגבר פרמטרי אופטי מסחרי (OPA) כדי ליצור קרן אינפרא אדום בינונית (MIR) (ראה טבלה של חומרים). כוונן את ה-MIR לתדירות תחומי העניין (איור 1A).
      הערה: במחקר הנוכחי, ה-MIR מרוכז ב-3450 ננומטר ±-85 ננומטר (~2900 ± 72 ס"^מ-1) עם משך פולס של ~290 fs ואנרגיית פולס של ~6 μJ, המקיפה חלק מאזור הקבוצה הפונקציונלית -CH_x .
2. קרן המרה משודרגת
   1. העבירו את הקרן השיורית של 1025 ננומטר מ-OPA דרך אטלון פברי-פרוט (ראו טבלת חומרים) כדי לייצר קרן המרה מצומצמת ספקטרלית עם FWHM של ~4.75 ס"^מ-1.
   2. סנן מרחבית את הקרן הצרה של 1025 ננומטר עם חור סיכה ספיר של 8 מיקרומטר.
      הערה: ניתן להמחיש את קרן 1025 ננומטר באמצעות כרטיס NIR.
   3. שלוט בקיטוב של פולס 1025 ננומטר באמצעות לוח גל λ/2 (ראה טבלת חומרים).
3. קרן MIR
   1. להנחות את קרן MIR דרך שלב השהיה לשליטה עדינה בחפיפה הטמפורלית.
   2. שלוט בקיטוב של MIR באמצעות לוח גל λ/2.
4. מיקרוסקופ VSFG
   1. חפיפה מרחבית הן של ההמרה והן של קרני MIR במראה דיכרואית מותאמת אישית (DM, איור 1B) שהיא טרנסמיסיבית ל-MIR ומשקפת ל-NIR (ראו טבלת חומרים). השתמש בשתי קשתית כדי לכוון את היישור: אחת מיד אחרי ה- DM, ואחת בקצה הרחוק. השתמש במד חשמל אחרי הקשתית כדי לקבוע אם MIR ממורכז, והשתמש בכרטיס NIR כדי לאתר מיקומי NIR.
      הערה: לאחר החפיפה, ניתן להשתמש בקרן NIR כדי להנחות את שתי הקורות.
   2. כוונו את האלומות החופפות למיקרוסקופ הפוך באמצעות סורק קרן תהודה חד-צירי משולב של 325 הרץ (המורכב על סורק משולב בעל שני מיקומים (I2PS), איור 1B) (ראו טבלת חומרים).
      הערה: סורק התהודה מקרין קו של שתי אלומות חופפות על הצמצם האחורי של מטרת המעבה. הוא מותקן על מחוון המאפשר הגדרה מחדש חלקה בין מודולי VSFG/SHG ושדה בהיר.
   3. מקדו את שתי האלומות החופפות מרחבית אל הדגימה עם מטרת שוורצשילד רפלקטיבית בלבד (SO, איור 1B,D) (ראו טבלת חומרים).
   4. אספו את אות ה-VSFG שנוצר על-ידי הדגימה עם מטרת שבירה מתוקנת אינסוף (RO, איור 1B,D) (ראו טבלת חומרים).
   5. הנח את אות VSFG הפלט המשולב דרך מקטב ליניארי ולאחר מכן דרך מערכת עדשות צינור טלצנטרית המורכבת משתי עדשות מוקד f = 60 מ"מ (TL1 ו- TL2, איור 1B,C) (ראה טבלת חומרים).
      הערה: התמונה המוגדלת מעדשות הצינור נוצרת בחריץ הכניסה של המונוכרומטור (MC, איור 1B,C), והנתונים המפוענחים מרחבית/תדר מזוהים בגלאי CCD דו-ממדי (CCD, איור 1B).
5. מצב SHG
   1. כדי לעבור להדמיית SHG, חסום את קרן האינפרא-אדום וסובב את הסורג של הספקטרוגרף ל-501.5 ננומטר כדי לצלם את אות ה-SHG.
6. מצב Brightfield
   1. כדי לעבור להדמיה אופטית של שדה בהיר, הפעל את מקור האור הלבן (ראה רשימת חומרים). הזיזו את המחוון המשולב (I2PS, איור 1B) כדי לאסוף תמונות בשדה בהיר בכיוון ההתפשטות הנגדית, כאשר מטרת ההדמיה (RO) משמשת כמעבה ומטרת המעבה (SO) משמשת כמטרת ההדמיה.
   2. צור תמונה של הפלט המשולב של מטרת השבירה במישור החיישן של מצלמת שדה בהיר RGB באמצעות מערכת עדשת צינור זמינה מסחרית (ראה טבלת חומרים).

איור 1: מיקרוסקופ VSFG היפרספקטרלי רב-מודאלי. (א) תצוגה עליונה של הגדרת הליבה. לייזר משאבה של 1025 ננומטר נשלח ל- OPA כדי ליצור פולס אמצע IR מתכוונן. שארית 1025 ננומטר צומצמה לעתים קרובות על ידי אטלון (E) וסוננה מרחבית לקרן גאוס על ידי מסנן מרחבי (SFG). אלומות אמצע IR ו- 1025 ננומטר חופפות מרחבית במראה דיכרואית מותאמת אישית (DM) ומונחות דרך המיקרוסקופ ההפוך (אזור קופסה ב- A). (B) שתי האלומות נשלחות לסורק קרן תהודה של 325 הרץ המורכב על מחוון משולב בעל 2 מצבים (I2PS), המאפשר מעבר חלק בין שדה בהיר לאופטיקה לא ליניארית. פלטפורמת המיקרוסקופ מצוידת במטרת שוורצשילד מתוקנת אינסוף (SO) מבוססת רפלקטיבי הפועלת כמעבה ומטרת הדמיה מתוקנת אינסוף מבוססת שבירה (RO) המורכבת לשלב ציר z של ננו-מיקום אנכי (VNP). ה- SO ממקד את קו האלומות הנכנסות שסורק קרן התהודה מחזיר על הדגימה בעוד RO אוסף את קטע קו VSFG של אותות. חשוב לשלוט בעדינות במיקום ציר z של RO בדיוק של 1 מיקרומטר כדי להבטיח שהדגימה נמצאת במצב המוקד הטוב ביותר להדמיה באיכות גבוהה. הקו המשולב של אות VSFG מופנה למערכת עדשות צינור המורכבת משתי עדשות אמבט (TL1 ו- TL2), ויוצר תמונה מוגדלת בחריץ הכניסה של המונוכרומטור (MC). לאחר מכן, קו הספקטרום המזוהה עם תדר מצולם באופן היפרספקטרלי במכשיר מצומד מטען (CCD). לאחר איסוף כל קו היפרספקטרלי, הדגימה נסרקת בציר המאונך לציר סריקת קרן התהודה באמצעות NP. כדי לאסוף תמונות שדה בהירות של הדגימה, I2PS מועבר למצב שדה בהיר, ומראה המיירטת את מקור האור הלבן (WLS) מותקנת. לאחר מכן האור ממוקד על ידי RO ומצולם על ידי SO. לאחר מכן נוצרת תמונה במישור החיישן של מצלמת שדה הבהיר (BC) בחלק העליון של המיקרוסקופ ההפוך. (C) תצוגה מפורטת של הנתיב האופטי דרך אזור עדשת הצינור לתוך MC ו-CCD. (D) תצוגה מפורטת של אזור הדגימה בין SO ו-RO. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

2. יישור מיקרוסקופ היפרספקטרלי וכיול מרחבי של ציר CCD אנכי

1. מטב באופן גס את מיקום מישור הדגימה (ננו מיקום ציר z) באמצעות דגימה סטנדרטית של תבנית ZnO (בעובי 1 מיקרומטר) המצופה 15 מ"מ x 15 מ"מ x 0.170 מ"מ ± 0.005 מ"מ והבא אותו למיקוד שדה בהיר באמצעות מודאליות ההדמיה של שדה בהיר.
   הערה: ייתכן שיהיה צורך לכוונן את מיקום ה-z של ה-RO, כמו גם את היישור של האור הלבן, לפי הצורך. תמונה מייצגת של ה-ZnO על תבנית הזכוכית המשמשת לכיול היישור מוצגת באיור 2.
2. החזירו את ה-I2PS לזרוע ההארה הלא ליניארית ומטבו את גובה הדגימה לקבלת עוצמת VSFG המרבית ללא תהודה הנוצרת על ידי אזורי ZnO שנצפו במצלמת CCD.
   הערה: יש לכוונן את מיקום z של RO לעוצמה מרבית. ייתכן שיהיה צורך לחזור על שלבים 2.1 ו -2.2 כמה פעמים לפני הגובה האופטימלי של הדגימה, RO מגיעים.
3. הפעל את סורק קרן התהודה ואסוף שורה מהתמונות.
4. אסוף תמונות בעוצמה שאינה תהודה על-ידי סריקת הדגימה בניצב לכיוון סורק הקרן. צלמו פרוסות אנכיות מנתוני התמונה וקבעו את יחס הפיקסלים:מיקרון. (עיין באיור 3 ובמקרא שלו).
   הערה: הנגזרת של קטעי קו אלה מנותחת כדי להפיק את יחס הפיקסלים:מיקרון של ציר CCD אנכי שישמש לתמונות עתידיות.

איור 2: איכות תמונה מייצגת ליישור גס של מודאליות הדמיה של שדה בהיר של תבנית ZnO. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: זרימת עבודה של כיול ציר אנכי. איור זה מדגים כיצד להמיר את הפיקסלים של CCD לממדים מרחביים אנכיים ביחידה של מיקרומטר. (A) תמונה נאספת ומשוחזרת של תלוש הכיסוי בדוגמת ZnO. לאחר מכן, מרחק הפיקסלים מקצוות אחד לשני קצוות דוגמת המילוי (פס אנכי קטן ב - A). מכיוון שצלב תבנית ZnO מתוכנן להיות ברוחב של 25 מיקרומטר, ניתן להשתמש כאן ביחס בין רוחב פיזי לרוחב פיקסלים כדי לחשב את יחס הממד הפיזי/פיקסלי. תמונה ייצוגית מכויילת של ציר אנכי מוצגת ב- (B). (C) לבסוף, פרוסה אנכית נלקחת כפי שמצוין על ידי הקו האדום. (D) הנגזרת של הפרוסה האנכית נלקחת כדי לקבל את הרזולוציה המרחבית. הנגזרת של הפרוסה האנכית משמשת לקבלת הרזולוציה המרחבית. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

3. איסוף נתונים היפרספקטרלי

1. אספו את הספקטרום של קו אנכי של אותות VSFG ב-CCD, שהספקטרום שלו מפוזר לאורך הציר האופקי ומיקומים מרחביים נרשמים על הציר האנכי של ה-CCD.
   הערה: התוצאה היא ערכת נתונים דו-ממדית עבור מקטע של שורה אחת.
2. לאחר שמקטע הקו של הדגימה מצולם באופן היפרספקטרלי, סרוק את הדגימה בציר המאונך לציר סריקת הקו באמצעות ננו-מיקום תלת-ממדי (NP, איור 1).
   הערה: מיקום הננו התלת-ממדי חשוב לדיוק גבוה וליכולת שחזור באיתור אזורי דגימה (מישור x-y) וכן בהבאת הדגימה למיקוד (ציר z).
3. בצע איטראציה בין שלב 3.1 לשלב 3.2 כדי לאסוף תמונה היפרספקטרלית של VSFG.

4. ניתוח נתונים היפרספקטרלי

1. בטל באופן ספקטרלי את ערבוב הנתונים באמצעות זרימת העבודה של ספריית ההדמיה ההיפרספקטרלית של MatLab⁴¹.
   הערה: ערבוב ספקטרלי מתאם מיקומים מרחביים לספקטרום ייחודי. קוד Matlab לניתוח נתונים היפרספקטרליים מסופק בקובץ משלים 1.
   1. צור היפר-קובייה 4-ממדית (x = מרחבית, y = מרחבית, z = עוצמה תלוית תדר, ω = תדר) באמצעות פונקציית ההיפר-קוביה בארגז הכלים לעיבוד תמונה Matlab ספריית הדמיה היפרספקטרלית⁴¹.
   2. זהה את מספר הספקטרום הייחודי באמצעות הפונקציה countEndmembersHFC עם הסתברות לערך אזעקת שווא (PFA) של ^10-7.
   3. זהה ספקטרום ייחודי באמצעות פונקציית הערבוב הספקטרלית של nfindr .
   4. לבסוף, באמצעות הפונקציה sid , שייך כל פיקסל לאחד מהספקטרום הייחודי שזוהה בשלב הקודם.
      הערה: ניתן לבצע שיטות נוספות של פירוק ערבוב והתאמה ספקטרליות עם פונקציות/אלגוריתמים חלופיים המוצעים בספריית ההדמיה ההיפרספקטרלית^{MatLab 41}.
2. התאם את סכום הנתונים עבור כל גיליון מבודד לפונקציה Voigt⁴² (קובץ משלים 1).
   הערה: הפונקציה לורנציאנית מייצגת את גבול צורת הקו ההומוגני הטהור, בעוד שפונקציית גאוס מקורה בגבולות לא הומוגניים. במציאות, המערכות יכולות להיות בשילוב של גבולות הומוגניים ולא הומוגניים, מה שדורש פונקציית Voigt - פרקטיקה נפוצה עבור ספקטרוסקופיית פאזה מעובה, כולל VSFG.

5. ניתוח גיאומטרי של המדגם

1. קבע את הגיאומטריה של הדגימות בהתאם להליך שהוזכר בשלב 5.2-5.3. במחקר זה, SDS@2 β-CD משמש כדוגמה. לגזור את יסודות הטנזור המותרים לסימטריה של χ⁽²⁾ בהתבסס על הסימטריה C₇ של תת-היחידה המולקולרית של דגימת יריעות המזו-CD SDS@2 β-CD.
   הערה: הסימטריה המותרת χ⁽²⁾ תלויה בסימטריה. כדי לחשב את הרגישות הלא-ליניארית המותרת של סימטריה כלשהי, עיין בהפניה⁴³.
2. החל את סיבוב אוילר²⁷ כדי לקשר את מדידות מסגרת המעבדה למסגרת המולקולרית.
   הערה: במקרה של SDS@2 β-CD, הסימטריה C₇ שלו מובילה לשמונה משוואות בלתי תלויות המקשרות בין 8 יציאות (מסגרת מעבדה χ(2)) ל-8 כניסות (6 היפרפולריזציה בלתי תלויה β(2), ושתי זוויות: Θ, זווית ההטיה ביחס למישור הדגימה של כל היריעונות, ו-φ, הסיבוב במישור של היריעה ⁽איור 4⁾). שתי יריעות משמשות לחילוץ היישור המולקולרי המשותף של שתי היריעות. ניתן לחלץ את היחסים בין φ₁ φ₂ (זווית הסיבוב במישור של שני היריעונות) מתמונות שדה בהיר. בדוגמה הנוכחית, φ₂ = φ₁ + 60°. ההנחה היא שכל אריח היחידה המולקולרית באותה זווית, ולכן Θ₁ = Θ₂. התוצאה היא 11 נעלמים (9 בלתי תלויים, כולל 6 היפרפולריזביליות בלתי תלויה β(2), Θ 1 ו-φ₁, ויחס הכיסוי היחסי בין היריעות N, לבין שתי הזוויות התלויות, שהן φ 2 ו-Θ₂) עבור 16 ידועים ⁽8 קיטוב מסגרת מעבדה לגיליון_, ושני גיליונות).
3. קשר את מסגרת המעבדה שנפתרה בקיטוב χ(2) ואת ההיפרפולריזביליות של המסגרת המולקולרית β⁽²⁾ עם פותר פונקציות רשת עצבית.
   הערה: סיכום מפורט של גישה זו ניתן למצוא בהפניה²⁷.
   1. צור מודל רשת עצבית שכבתית בפייתון⁴⁴באמצעות Keras המורכב ממבנה צומת 200-100-50 ופונקציית הפעלה משיקה היפרבולית.
   2. צור מטריצה אקראית של 100000 x 11 של ערכים של β(2), Θ 1, Θ 2, φ₁, φ 2 ו- N. חשב את מסגרת המעבדה המתאימה 16 χ(2), באמצעות המשוואה שנקבעה ב- _5.2 על ידי סיבובי אוילר.
   3. השתמש בערכי χ(2) המחושבים (סה"כ 100,000 על 16 ערכים) כקלט, ולמד לחזות 11 ערכים (β(2), Θ 1, Θ 2, φ₁, φ 2 ו- N) כאשר מסופק 16 χ⁽²⁾ ערכים.
   4. לאחר האימון, השתמש בקבוצה נוספת של 1000 ערכים עם הקלט והפלט כדי לבדוק את המודל המאומן. התפוקה החזויה והפלט האמיתי צריכים להראות קשר ליניארי עם שיפוע של 1.
   5. לבסוף, ספקו את χ(2⁾ שנמדד בניסוי משני גיליונות (בכל גיליון נמדדו 8 χ^(2), והשתמשו במודל המאומן כדי לחזות את זווית ההטיה Θ, יחד עם תכונות אחרות.

איור 4: איור של טרנספורמציית אוילר. (A) איור של טרנספורמציית אוילר בין קואורדינטות המעבדה (XYZ) רגישות מסדר שני χ(2) לבין הקואורדינטות המולקולריות (xyz⁾ היפרפולריזציה β_ijk. סיבוב אוילר z-y'-z'' מתבצע על הקואורדינטות המולקולריות, כאשר φ כזווית הסיבוב במישור, θ כזווית ההטיה, ו-ψ כזווית הפיתול. ψ משולב החוצה עבור זוויות פיתול שרירותיות על הציר המולקולרי. φ אינו משולב מכיוון שכל המולקולות מסתובבות לזווית מסוימת ביחס למסגרת המעבדה כדי ליצור את היריעות בהרכבה עצמית. N הוא כיסוי פני השטח היחסי של שתי היריעות. (B) הדמיה של תת-היחידות המוטות היוצרות יריעה שנקבעת על ידי תוצאות הרשת העצבית. נתון זה שונה מ-Wagner et ^al.27. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

תוצאות

איור 5: מבנה מולקולרי, מורפולוגיה ואוריינטציה פוטנציאלית של SDS@β-CD . (A) מבט מלמעלה ו-(B) מבנה כימי של SDS@β-CD. (C) התפלגות דגימה הטרוגנית מייצגת של יריעות המזוסקאלה במישור המ...

Discussion

השלבים הקריטיים ביותר הם מ 1.42 ל 1.44. קריטי ליישר היטב את עדשת האובייקט לקבלת רזולוציה אופטית מרחבית. חשוב גם לאסוף את האות הנפלט, להעביר ולהקרין את קרן הסריקה כקו בחריצי הכניסה. יישור נכון יבטיח את הרזולוציה הטובה ביותר ואת יחס האות לרעש. עבור דגימה טיפוסית, כגון גיליונות SDS@2 β-CD בגודל 100 מיקר?...

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