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.

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 מיקרוס?.......

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