Sign In

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

In This Article

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

Summary

Для получения широкополосных изображений с генерацией колебаний с суммарной частотой (VSFG) была разработана мультимодальная структура быстрой гиперспектральной визуализации, а также модально визуализации светлопольной генерации второй гармоники (ГВГ). Благодаря тому, что инфракрасная частота резонирует с молекулярными колебаниями, выявлены микроскопические структурные и мезоскопические морфологические знания образцов с допустимой симметрией.

Abstract

Вибрационная генерация суммарной частоты (VSFG), нелинейный оптический сигнал второго порядка, традиционно используется для изучения молекул на границах раздела в качестве метода спектроскопии с пространственным разрешением ~100 мкм. Однако спектроскопия не чувствительна к неоднородности образца. Для изучения мезоскопически гетерогенных образцов мы вместе с другими сотрудниками снизили предел разрешающей способности VSFG-спектроскопии до уровня ~1 мкм и построили VSFG-микроскоп. Этот метод визуализации позволяет не только разрешать морфологию образца с помощью визуализации, но и регистрировать широкополосный спектр VSFG в каждом пикселе изображений. Будучи нелинейно-оптическим методом второго порядка, его правило выбора позволяет визуализировать нецентросимметричные или хиральные самоорганизующиеся структуры, обычно встречающиеся, в частности, в биологии, материаловедении и биоинженерии. В этой статье слушатели познакомятся с конструкцией инвертированной передачи, которая позволяет визуализировать нефиксированные образцы. Эта работа также демонстрирует, что микроскопия VSFG может разрешать химически специфичную геометрическую информацию отдельных самоорганизующихся листов, комбинируя ее с решателем функций нейронной сети. Наконец, изображения, полученные в конфигурациях светлого поля, SHG и VSFG различных образцов, кратко обсуждают уникальную информацию, полученную с помощью визуализации VSFG.

Introduction

Вибрационная генерация суммарной частоты (VSFG), нелинейно-оптический метод второго порядка1,2, широко используется в качестве спектроскопического инструмента для химического профилирования образцов 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13.

Protocol

1. Гиперспектральный линейный сканирующий микроскоп VSFG

  1. Лазерная система
    1. Используйте импульсную лазерную систему (см. Таблицу материалов) с центром на длине волны 1025 нм ± 5 нм. Лазер настроен на 40 Вт, 200 кГц (200 мкДж/импульс) с длительностью импульса ~290 фс.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Точ.......

Representative Results

figure-representative results-68
Рисунок 5: Молекулярная структура, морфология и потенциальная ориентация SDS@β-CD . (A) Вид сверху и (B) Химическая структура SDS@β-CD вид сбоку. (C) Репрезентативное гетероге.......

Discussion

Самые критические шаги – от 1,42 до 1,44. Очень важно правильно выровнять линзу объектива для оптического пространственного разрешения. Также важно собирать излучаемый сигнал, ретрансляцию и проецировать сканирующий луч в виде линии во входных щелях. Правильное выравнивание гарантирует .......

Disclosures

Авторам нечего раскрывать.

Acknowledgements

Разработка прибора осуществляется при поддержке гранта NSF CHE-1828666. ZW, JCW и WX поддерживаются Национальными институтами здравоохранения, Национальным институтом общих медицинских наук, грант 1R35GM138092-01. BY поддерживается Ассоциацией содействия инновациям молодежи Китайской академии наук (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