Мультимодальная нелинейная гиперспектральная химическая визуализация с использованием линейно-сканирующей колебательной суммарной частотной генерации микроскопии

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 порядка^1,2, 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.......

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 .......

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