тот баспайтын болаттан жасалған 321 8*1,2 жылу алмастырғышқа арналған ширатылған түтік

Капиллярлық түтіктер

Nature.com сайтына кіргеніңіз үшін рахмет.Сіз шектеулі CSS қолдауы бар шолғыш нұсқасын пайдаланып жатырсыз.Ең жақсы тәжірибе үшін жаңартылған шолғышты пайдалануды ұсынамыз (немесе Internet Explorer шолғышында үйлесімділік режимін өшіріңіз).Оған қоса, тұрақты қолдауды қамтамасыз ету үшін біз сайтты стильсіз және JavaScriptсіз көрсетеміз.
Бірден үш слайдтан тұратын карусельді көрсетеді.Бір уақытта үш слайд арқылы жылжу үшін «Алдыңғы» және «Келесі» түймелерін пайдаланыңыз немесе бір уақытта үш слайд арқылы жылжу үшін соңында сырғытпа түймелерін пайдаланыңыз.
Ультра ықшам (54 × 58 × 8,5 мм) және кең диафрагмасы (1 × 7 мм) тоғыз түсті спектрометр әзірленді, оны лезде спектрлік бейнелеу үшін пайдаланылған он дихрикалық айна массиві арқылы «екіге бөледі».Көлденең қимасы апертура өлшемінен кіші түсетін жарық ағыны ені 20 нм үздіксіз жолаққа және орталық толқын ұзындығы 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670 және 690 нм болатын тоғыз түсті ағынға бөлінеді.Тоғыз түс ағынының кескіндері кескін сенсорымен бір уақытта тиімді өлшенеді.Кәдімгі дихроикалық айна массивтерінен айырмашылығы, әзірленген дихрикалық айна массивінің бірегей екі бөлікті конфигурациясы бар, ол бір уақытта өлшенетін түстер санын көбейтіп қана қоймайды, сонымен қатар әрбір түс ағыны үшін кескін ажыратымдылығын жақсартады.Жасалған тоғыз түсті спектрометр төрт капиллярлы электрофорез үшін қолданылады.Тоғыз түсті лазермен индукцияланған флуоресценцияны пайдалана отырып, әрбір капиллярда бір уақытта ауысатын сегіз бояудың бір мезгілде сандық талдауы.Тоғыз түсті спектрометр тек өте кішкентай және қымбат емес, сонымен қатар жоғары жарық ағынына және спектрлік бейнелеу қолданбаларының көпшілігі үшін жеткілікті спектрлік рұқсатқа ие болғандықтан, оны әртүрлі салаларда кеңінен қолдануға болады.
Гиперспектрлік және мультиспектрлі бейнелеу астрономияның маңызды бөлігіне айналды2, Жерді бақылау үшін қашықтықтан зондтау3,4, тамақ пен су сапасын бақылау5,6, өнерді қорғау және археология7, криминалистика8, хирургия9, биомедициналық талдау және диагностика10,11 т.б. ,12,13.Көру өрісіндегі әрбір сәулелену нүктесі шығаратын жарық спектрін өлшеу әдістері (1) нүктелік сканерлеу («сыпырғыш»)14,15, (2) сызықтық сканерлеу («паникула»)16,17,18 болып бөлінеді. , (3) ұзындығы толқындарды сканерлейді19,20,21 және (4) кескіндер22,23,24,25.Осы әдістердің барлығында кеңістіктік ажыратымдылық, спектрлік рұқсат және уақытша ажыратымдылық өзара сәйкестік қатынасқа ие9,10,12,26.Сонымен қатар, жарық шығысы сезімталдыққа, яғни спектрлік бейнелеудегі сигнал-шуыл қатынасына айтарлықтай әсер етеді26.Жарық ағыны, яғни жарықты пайдалану тиімділігі, уақыт бірлігіндегі әрбір жарық нүктесінің нақты өлшенген жарық мөлшерінің өлшенетін толқын ұзындығы диапазонындағы жарықтың жалпы мөлшеріне қатынасына тура пропорционал.(4) санат әрбір сәуле шығару нүктесі шығаратын жарықтың интенсивтілігі немесе спектрі уақыт бойынша өзгеретін немесе әрбір сәуле шығару нүктесінің орны уақыт бойынша өзгеретін кезде сәйкес әдіс, өйткені барлық сәуле шығару нүктелері шығаратын жарық спектрі бір уақытта өлшенеді.24.
Жоғарыда аталған әдістердің көпшілігі 18 торды немесе (1), (2) және (4) сыныптар үшін 14, 16, 22, 23 призманы немесе 20, 21 сүзгі дискілерін, сұйықтық сүзгілерін қолданатын үлкен, күрделі және/немесе қымбат спектрометрлермен біріктірілген. .Кристалды реттелетін сүзгілер (LCTF)25 немесе (3) санатындағы акусто-оптикалық реттелетін сүзгілер (AOTF)19.Керісінше, (4) категориялы көп айналы спектрометрлер қарапайым конфигурациясына байланысты шағын және қымбат емес27,28,29,30.Сонымен қатар, оларда жоғары жарық ағыны бар, себебі әрбір дихрой айна бөлісетін жарық (яғни әрбір дихрой айнаға түскен жарықтың жіберілетін және шағылысқан жарығы) толық және үздіксіз пайдаланылады.Дегенмен, бір уақытта өлшенуі тиіс толқын ұзындығы жолақтарының (яғни түстер) саны шамамен төртпен шектеледі.
Флуоресценцияны анықтауға негізделген спектрлік бейнелеу әдетте биомедициналық анықтау және диагностикада мультиплекстік талдау үшін қолданылады 10, 13 .Мультиплекстеу кезінде бірнеше талданатын заттар (мысалы, арнайы ДНҚ немесе ақуыздар) әртүрлі флуоресцентті бояғыштармен таңбаланғандықтан, көру өрісіндегі әрбір эмиссия нүктесінде бар әрбір талданатын зат көпкомпонентті талдау арқылы сандық түрде анықталады.32 әрбір эмиссия нүктесі шығаратын анықталған флуоресценция спектрін бұзады.Бұл процесс барысында әр түрлі флуоресценция шығаратын әртүрлі бояғыштар коллокализациялануы мүмкін, яғни кеңістікте және уақытта қатар өмір сүреді.Қазіргі уақытта бір лазер сәулесімен қоздыруға болатын бояғыштардың максималды саны сегіз33.Бұл жоғарғы шек спектрлік ажыратымдылықпен (яғни, түстер санымен) емес, флуоресценция спектрінің енімен (≥50 нм) және FRET (FRET көмегімен)10 Стокс бояғышының ығысу мөлшерімен (≤200 нм) анықталады. .Бірақ аралас бояғыштардың спектрлік қабаттасуын жою үшін түстер саны бояғыштар санынан көп немесе оған тең болуы керек31,32.Сондықтан бір уақытта өлшенетін түстердің санын сегізге немесе одан да көпке дейін арттыру қажет.
Жақында ультра ықшам гептахронды спектрометр (гептихронды айналар массивін және төрт флуоресцентті ағынды өлшеу үшін кескін сенсорын пайдалана отырып) әзірленді.Спектрометр торларды немесе призмаларды қолданатын кәдімгі спектрометрлерге қарағанда екі-үш рет кішірек болады34,35.Дегенмен, спектрометрге жетіден астам дихройлы айналарды орналастыру және бір уақытта жеті түстен артық өлшеу қиын36,37.Дихрондық айналар санының ұлғаюымен дихройлы жарық ағындарының оптикалық жолдарының ұзындықтарының максималды айырмашылығы артады және барлық жарық ағындарын бір сенсорлық жазықтықта көрсету қиынға соғады.Жарық ағынының ең ұзын оптикалық жолының ұзындығы да артады, сондықтан спектрометр апертурасының ені (яғни спектрометрмен талданатын жарықтың максималды ені) азаяды.
Жоғарыда аталған мәселелерге жауап ретінде екі қабатты «дихроматикалық» декахроматикалық айна массиві және лезде спектрлік бейнелеуге арналған кескін сенсоры [санат (4)] бар ультра ықшам тоғыз түсті спектрометр әзірленді.Алдыңғы спектрометрлермен салыстырғанда, әзірленген спектрометрдің максималды оптикалық жол ұзындығының айырмашылығы азырақ және максималды оптикалық жол ұзындығы азырақ.Ол лазермен индукцияланған тоғыз түсті флуоресценцияны анықтау және әрбір капиллярдағы сегіз бояғыштың бір мезгілде миграциясын анықтау үшін төрт капиллярлы электрофорезге қолданылды.Әзірленген спектрометр тек өте кішкентай және қымбат емес, сонымен қатар жоғары жарық ағыны және спектральды бейнелеудің көптеген қосымшалары үшін жеткілікті спектрлік рұқсатқа ие болғандықтан, оны әртүрлі салаларда кеңінен қолдануға болады.
Дәстүрлі тоғыз түсті спектрометр күріште көрсетілген.1а.Оның дизайны алдыңғы ультра кішкентай жеті түсті спектрометрдің 31 үлгісіне сәйкес келеді. Ол оңға қарай 45° бұрышта көлденең орналасқан тоғыз дихрикалық айнадан тұрады және кескін сенсоры (S) тоғыз дихрикалық айнаның үстінде орналасқан.Төменнен түсетін жарық (C0) тоғыз дихрикалық айна массивімен жоғары қарай жүретін тоғыз жарық ағынына бөлінеді (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 and C9).Барлық тоғыз түс ағыны тікелей кескін сенсорына беріледі және бір уақытта анықталады.Бұл зерттеуде C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 және C9 толқын ұзындығы бойынша реттелген және қызыл, күлгін, көк, көгілдір, жасыл, сары, қызғылт сары, қызыл-қызғылт сары және тиісінше қызыл.Бұл түс белгілеулері осы құжатта 3-суретте көрсетілгендей қолданылғанымен, олар адам көзімен көрінетін нақты түстерден ерекшеленетіндіктен.
Кәдімгі және жаңа тоғыз түсті спектрометрлердің схемалық диаграммалары.(a) Тоғыз дихрикалық айна массиві бар кәдімгі тоғыз түсті спектрометр.(b) Екі қабатты дихрикалық айна массиві бар жаңа тоғыз түсті спектрометр.Түскен жарық ағыны C0 тоғыз түсті C1-C9 жарық ағынына бөлінеді және S кескін сенсорымен анықталады.
Жасалған жаңа тоғыз түсті спектрометрде 1б-суретте көрсетілгендей екі қабатты дихрикалық айна торы және кескін сенсоры бар.Төменгі деңгейде бес дихрикалық айналар 45° оңға қисайтылған, декамерлер массивінің ортасынан оңға қарай тураланған.Жоғарғы деңгейде бес қосымша дихрикалық айналар солға 45° еңкейтілген және орталықтан солға қарай орналасқан.Төменгі қабаттың сол жақ дихрикалық айнасы мен үстіңгі қабаттың ең оң жақ дихрикалық айнасы бір-бірімен қабаттасып жатады.Түскен жарық ағыны (С0) төменнен төрт шығыс хроматикалық ағынға (C1-C4) оң жақтағы бес дихроматикалық ағынмен және бес шығыс хроматикалық ағынмен (C5-C4) сол жақтағы бес дихронды айналармен бөлінген C9).Кәдімгі тоғыз түсті спектрометрлер сияқты, барлық тоғыз түсті ағындар кескін сенсорына (S) тікелей енгізіледі және бір уақытта анықталады.1a және 1b суреттерін салыстыра отырып, жаңа тоғыз түсті спектрометр жағдайында тоғыз түсті ағынның максималды айырмашылығы да, ең ұзын оптикалық жол ұзындығы да екі есе азайғанын көруге болады.
29 мм (ені) × 31 мм (тереңдігі) × 6 мм (биіктігі) екі қабатты екі қабатты айна массивінің егжей-тегжейлі құрылысы 2-суретте көрсетілген. Ондық дихрикалық айна массиві оң жақтағы бес дихрикалық айнадан тұрады. (M1-M5) және сол жақта бес дихрикалық айна ( M6-M9 және басқа M5), әрбір дихрикалық айна жоғарғы алюминий кронштейнге бекітілген.Айналар арқылы өтетін ағынның сынуынан болатын параллельді орын ауыстыруды өтеу үшін барлық дихрионды айналар тізбеленген.M1 астында жолақты өткізу сүзгісі (BP) бекітілген.M1 және BP өлшемдері 10 мм (ұзын жағы) x 1,9 мм (қысқа жағы) x 0,5 мм (қалыңдығы).Қалған дихрикалық айналардың өлшемдері 15 мм × 1,9 мм × 0,5 мм.M1 және M2 арасындағы матрицалық қадам 1,7 мм, ал басқа дихрикалық айналардың матрицалық қадамы 1,6 мм.Суретте.2c түскен жарық ағыны C0 және тоғыз түсті жарық ағыны C1-C9 айналардың камералық матрицасы арқылы бөлінген, біріктіреді.
Екі қабатты дихрикалық айна матрицасын тұрғызу.(a) Перспективті көрініс және (b) екі қабатты дихрикалық айна массивінің көлденең қимасы (өлшемдері 29 мм x 31 мм x 6 мм).Ол төменгі қабатта орналасқан бес дихрикалық айнадан (M1-M5), жоғарғы қабатта орналасқан бес дихрикалық айнадан (M6-M9 және тағы бір M5) және M1-ден төмен орналасқан жолақты сүзгіден (БП) тұрады.(c) C0 және C1-C9 қабаттасатын тік бағыттағы көлденең қиманың көрінісі.
2, в-суретте С0 ені арқылы көрсетілген көлденең бағыттағы саңылау ені 1 мм, ал 2, в-суреттегі жазықтыққа перпендикуляр бағытта алюминий кронштейннің конструкциясымен берілген, – 7 мм.Яғни, жаңа тоғыз түсті спектрометрдің 1 мм × 7 мм үлкен апертура өлшемі бар.C4 оптикалық жолы C1-C9 арасындағы ең ұзын болып табылады, ал жоғарыда көрсетілген ультра-кіші өлшемге (29 мм × 31 мм × 6 мм) байланысты дихриондық айна массивінің ішіндегі С4 оптикалық жолы 12 мм.Сонымен қатар, C5 оптикалық жолының ұзындығы C1-C9 арасындағы ең қысқа, ал C5 оптикалық жолының ұзындығы 5,7 мм.Сондықтан оптикалық жол ұзындығының максималды айырмашылығы 6,3 мм.Жоғарыда келтірілген оптикалық жол ұзындығы M1-M9 және BP (кварцтан) оптикалық тасымалдауға арналған оптикалық жол ұзындығына түзетілген.
М1−М9 және VR спектрлік қасиеттері С1, С2, С3, С4, С5, С6, С7, С8 және С9 ағындары 520–540, 540–560, 560–580, 580 толқын ұзындығы диапазонында болатындай етіп есептеледі. –600 , 600–620, 620–640, 640–660, 660–680 және 680–700 нм.
Декахроматикалық айналар жасалған матрицаның фотосуреті 3а-суретте көрсетілген.M1-M9 және BP сәйкесінше алюминий тірегінің 45 ° еңісіне және көлденең жазықтығына желімделген, ал M1 және BP фигураның артқы жағында жасырылған.
Декан айналарының массивін жасау және оны көрсету.(а) Жасалған декахроматикалық айналар жиыны.(b) 1 мм × 7 мм тоғыз түсті бөлінген кескін декахроматикалық айналар массивінің алдына қойылған және ақ жарықпен жарықтандырылған қағаз парағына проекцияланған.(c) Артынан ақ жарықпен жарықтандырылған декохроматикалық айналар жиыны.(d) Декан айна массивінен шығатын тоғыз түсті бөлу ағыны, c нүктесінде декан айна массивінің алдына түтін толтырылған акрил канистрін қою және бөлмені қараңғылау арқылы байқалады.
45° түсу бұрышындағы M1-M9 C0 өлшенген өткізу спектрлері және 0° түсу бұрышында BP C0 өлшенген беру спектрі 2-суретте көрсетілген.4а.С0-ға қатысты C1-C9 беру спектрлері күріш.4б.Бұл спектрлер суреттегі спектрлерден есептелген.4a-суреттегі C1-C9 оптикалық жолына сәйкес 4a.1b және 2c.Мысалы, TS(C4) = TS (BP) × [1 − TS (M1)] × TS (M2) × TS (M3) × TS (M4) × [1 − TS (M5)], TS(C9 ) = TS (BP) × TS (M1) × [1 - TS (M6)] × TS (M7) × TS (M8) × TS (M9) × [1 - TS (M5)], мұнда TS(X) және [ 1 − TS(X)] сәйкесінше Х-тің берілу және шағылысу спектрлері.4b-суретте көрсетілгендей, C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 және C9 өткізу қабілеті (өткізу қабілеті ≥50%) 521-540, 541-562, 563-580, 581-602, 603 -623, 624-641, 642-657, 659-680 және 682-699 нм.Бұл нәтижелер әзірленген диапазондарға сәйкес келеді.Сонымен қатар, С0 жарықты пайдалану тиімділігі жоғары, яғни орташа максималды C1-C9 жарық өткізгіштігі 92% құрайды.
Дихрионды айна мен бөлінген тоғыз түсті ағынның берілу спектрлері.(a) 45° жиіліктегі M1-M9 және 0° жиіліктегі АҚ өлшенген өткізу спектрлері.(b) (a) тармағынан есептелген С0-ға қатысты C1–C9 беру спектрлері.
Суретте.3c, дихронды айналар массиві тігінен орналасқан, осылайша 3а-суреттегі оның оң жағы үстіңгі жағы және коллимацияланған жарық диодтың (C0) ақ сәулесі артқы жарықтандырылған.3a-суретте көрсетілген декахроматикалық айналар массиві 54 мм (биіктігі) × 58 мм (тереңдігі) × 8,5 мм (қалыңдығы) адаптеріне орнатылған.Суретте.3d, күріште көрсетілген күйге қосымша.3c, түтінмен толтырылған акрил ыдысы бөлмедегі шамдар өшірілген декохроматикалық айналар массивінің алдына қойылды.Нәтижесінде резервуарда тоғыз дихроматикалық ағын көрінеді, олар декахроматикалық айналар массивінен шығады.Әрбір бөлінген ағынның өлшемдері 1 × 7 мм болатын тікбұрышты көлденең қимасы бар, ол жаңа тоғыз түсті спектрометрдің апертура өлшеміне сәйкес келеді.3в-суретте 3в-суреттегі дихройлы айналар массивінің алдына қағаз парағы қойылады және қағаздың қозғалу бағытынан қағазға проекцияланған тоғыз дихрикалық ағынның 1х7 мм кескіні байқалады.ағындар.Суреттегі тоғыз түсті бөлу ағыны.3b және d - жоғарыдан төменге қарай C4, C3, C2, C1, C5, C6, C7, C8 және C9, оларды 1 және 2-суреттерде де көруге болады. 1b және 2c.Олар толқын ұзындығына сәйкес түстерде байқалады.Жарық диодты шамның ақ жарық қарқындылығы төмен болғандықтан (Қосымша S3 суретін қараңыз) және C9 (682–699 нм) суретте түсіру үшін пайдаланылатын түсті камераның сезімталдығына байланысты. Басқа бөлу ағындары әлсіз.Сол сияқты, C9 жай көзге әлсіз көрінді.Сонымен қатар, C2 (жоғарыдан екінші ағын) 3-суретте жасыл болып көрінеді, бірақ жай көзге көбірек сары болып көрінеді.
3c суретінен d-ге өту 1-қосымша бейнеде көрсетілген. Жарық диодты шамның ақ сәулесі декахроматикалық айна массивінен өткеннен кейін ол бір уақытта тоғыз түсті ағынға бөлінеді.Соңында құмыраның түтіні бірте-бірте жоғарыдан төменге қарай сейіліп, тоғыз түсті ұнтақ та жоғарыдан төменге жоғалып кетті.Керісінше, 2-қосымша бейнеде декахроматикалық айналар массивіне түсетін жарық ағынының толқын ұзындығы 690, 671, 650, 632, 610, 589, 568, 550 және 532 нм ретімен ұзыннан қысқаға өзгертілген кезде. ., C9, C8, C7, C6, C5, C4, C3, C2 және C1 ретімен тоғыз бөлінген ағынның сәйкес бөлінген ағындары ғана көрсетіледі.Акрилді резервуар кварц бассейнімен ауыстырылады және әрбір шунтталған ағынның қабыршақтары еңіс жоғары бағыттан анық байқалады.Бұған қоса, қосалқы бейне 3 2 қосалқы бейненің толқын ұзындығын өзгерту бөлігі қайта ойнатылатындай өңделеді.Бұл айналардың декохроматикалық массивінің сипаттамаларының ең көрнекті көрінісі.
Жоғарыда келтірілген нәтижелер өндірілген декахроматикалық айна массивінің немесе жаңа тоғыз түсті спектрометрдің мақсатына сай жұмыс істейтінін көрсетеді.Жаңа тоғыз түсті спектрометр адаптерлері бар декахроматикалық айналар массивін кескін сенсорының тақтасына тікелей орнату арқылы жасалған.
400-ден 750 нм-ге дейінгі толқын ұзындығы диапазоны бар жарық ағыны, φ50 мкм төрт сәулелену нүктесімен шығарылады, сәйкесінше 2c-суреттің жазықтығына перпендикуляр бағытта 1 мм аралықта орналасқан зерттеулер 31, 34. Төрт линзалық массив мынадан тұрады: төрт линза φ1 мм фокустық ұзындығы 1,4 мм және қадамы 1 мм.Төрт коллимацияланған ағындар (төрт С0) 1 мм аралықпен орналасқан жаңа тоғыз түсті спектрометрдің DP-ге түседі.Дихрикалық айналар массиві әрбір ағынды (C0) тоғыз түсті ағынға (C1-C9) бөледі.Алынған 36 ағын (C1-C9 төрт жинағы) содан кейін дихрикалық айналар массивіне тікелей қосылған CMOS (S) кескін сенсорына тікелей енгізіледі.Нәтижесінде, 5а-суретте көрсетілгендей, максималды оптикалық жолдың кішігірім айырмашылығы мен қысқа максималды оптикалық жолдың арқасында барлық 36 ағынның кескіндері бірдей өлшеммен бір уақытта және анық анықталды.Төменгі ағын спектрлеріне сәйкес (Қосымша S4 суретін қараңыз), C1, C2 және C3 төрт топтарының кескін қарқындылығы салыстырмалы түрде төмен.36 кескіннің өлшемі 0,57 ± 0,05 мм (орташа ± SD) болды.Осылайша, кескінді үлкейту орта есеппен 11,4 құрады.Кескіндер арасындағы тік аралық орташа есеппен 1 ​​мм (объектив массивіндегідей арақашықтық) және көлденең аралық орта есеппен 1,6 мм (дихрикалық айна массивімен бірдей аралық).Кескін өлшемі кескіндер арасындағы қашықтыққа қарағанда әлдеқайда аз болғандықтан, әрбір кескінді дербес өлшеуге болады (төмен айқаспалы).Сонымен қатар, біздің алдыңғы зерттеуімізде қолданылған кәдімгі жеті түсті спектрометр арқылы жазылған жиырма сегіз ағынның кескіндері 5 В-суретте көрсетілген. Жеті дихрионды айна массиві тоғыз дихройлық массивтен ең оң жақ екі дихрикалық айнаны алып тастау арқылы жасалды. 1а суретіндегі айналар.Барлық кескіндер анық емес, кескін өлшемі C1-ден C7-ге дейін артады.Жиырма сегіз кескіннің өлшемі 0,70 ± 0,19 мм.Осылайша, барлық кескіндерде жоғары ажыратымдылықты сақтау қиын.5b суретіндегі 28 өлшемді кескін үшін вариация коэффициенті (CV) 28% құрады, ал 5а суретіндегі 36 кескін өлшемі үшін түйіндеме 9% дейін төмендеді.Жоғарыда келтірілген нәтижелер жаңа тоғыз түсті спектрометрдің бір мезгілде өлшенетін түстердің санын жетіден тоғызға дейін арттырып қана қоймай, сонымен қатар әр түс үшін жоғары кескін ажыратымдылығына ие екенін көрсетеді.
Кәдімгі және жаңа спектрометрлер арқылы жасалған бөлінген кескіннің сапасын салыстыру.(a) Жаңа тоғыз түсті спектрометр арқылы жасалған тоғыз түсті бөлінген кескіндердің төрт тобы (C1-C9).(b) Кәдімгі жеті түсті спектрометрмен жасалған жеті түсті бөлінген кескіндердің төрт жинағы (C1-C7).Төрт сәуле шығару нүктесінен толқын ұзындығы 400-ден 750 нм-ге дейінгі ағындар (C0) сәйкесінше әр спектрометрге түседі.
Тоғыз түсті спектрометрдің спектрлік сипаттамалары эксперименталды түрде бағаланды және бағалау нәтижелері 6-суретте көрсетілген. 6а суреті 5а суретіндегідей нәтижелерді көрсететінін ескеріңіз, яғни 4 C0 400–750 нм толқын ұзындығында, барлық 36 кескін анықталған. (4 топ C1–C9).Керісінше, 6b–j-суретте көрсетілгендей, әрбір С0 нақты толқын ұзындығы 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670 немесе 690 нм болғанда, тек төрт дерлік сәйкес кескін бар (төрт топтары анықталған C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 or C9).Дегенмен, төрт сәйкес кескінге іргелес кескіндердің кейбірі өте әлсіз анықталады, себебі 4b-суретте көрсетілген C1–C9 беру спектрлері аздап қабаттасады және әрбір C0 әдісте сипатталғандай белгілі бір толқын ұзындығында 10 нм жолағы бар.Бұл нәтижелер суретте көрсетілген C1-C9 трансмиссиялық спектрлеріне сәйкес келеді.4b және қосымша бейнелер 2 және 3. Басқаша айтқанда, тоғыз түсті спектрометр күріште көрсетілген нәтижелерге негізделген күткендей жұмыс істейді.4б.Демек, С1-С9 кескін қарқындылығының таралуы әрбір С0 спектрі болып табылады деген қорытындыға келеді.
Тоғыз түсті спектрометрдің спектрлік сипаттамалары.Жаңа тоғыз түсті спектрометр түскен жарықтың (төрт C0) толқын ұзындығы (a) 400-750 нм (5а-суретте көрсетілгендей), (b) болғанда, тоғыз түсті бөлінген кескіндердің төрт жиынтығын (C1-C9) жасайды. 530 нм.нм, (c) 550 нм, (d) 570 нм, (e) 590 нм, (f) 610 нм, (g) 630 нм, (сағ) 650 нм, (i) 670 нм, (j) 690 нм, тиісінше.
Жасалған тоғыз түсті спектрометр төрт капиллярлы электрофорез үшін пайдаланылды (толығырақ, Қосымша материалдарды қараңыз)31,34,35.Төрт капиллярлы матрица лазерлік сәулелену орнында 1 мм аралықта орналасқан төрт капиллярдан (сыртқы диаметрі 360 мкм және ішкі диаметрі 50 мкм) тұрады.Құрамында 8 бояғышпен белгіленген ДНҚ фрагменттері бар үлгілер, атап айтқанда FL-6C (бояғыш 1), JOE-6C (бояғыш 2), dR6G (бояғыш 3), TMR-6C (бояғыш 4), CXR-6C (бояғыш 5), TOM- 6C (бояғыш 6), LIZ (бояғыш 7) және WEN (бояғыш 8) флуоресцентті толқын ұзындығының өсу ретімен төрт капиллярдың әрқайсысында (бұдан әрі - Cap1, Cap2, Cap3 және Cap4) бөлінген.Cap1-Cap4 лазерлік индукцияланған флуоресценция төрт линзаның массивімен коллимацияланды және бір уақытта тоғыз түсті спектрометрмен жазылды.Электрофорез кезіндегі тоғыз түсті (С1-С9) флуоресценцияның қарқындылық динамикасы, яғни әрбір капиллярдың тоғыз түсті электрофореграммасы 7а-суретте көрсетілген.Cap1-Cap4-те эквивалентті тоғыз түсті электрофореграмма алынған.7a-суреттегі Cap1 көрсеткілері көрсеткендей, әрбір тоғыз түсті электрофореграммадағы сегіз шың сәйкесінше Dye1-Dye8 бір флуоресценттік сәулеленуін көрсетеді.
Тоғыз түсті төрт капиллярлы электрофорез спектрометрінің көмегімен сегіз бояғыштың бір мезгілде мөлшерін анықтау.(а) Әрбір капиллярдың тоғыз түсті (C1-C9) электрофореграммасы.Cap1 көрсеткілерімен көрсетілген сегіз шың сегіз бояғыштың жеке флуоресценция шығарындыларын көрсетеді (Бояу1-Бояғыш8).Көрсеткілердің түстері (b) және (c) түстеріне сәйкес келеді.(b) бір капиллярға сегіз бояудың (Бояғыш1-Бояғыш8) флуоресценция спектрлері.c Бір капиллярға сегіз бояғыштың (Бояғыш1-Бояғыш8) электроферограммалары.Dye7 таңбаланған ДНҚ фрагменттерінің шыңдары көрсеткілермен, ал олардың Cap4 негізі ұзындықтары көрсетілген.
Сегіз шыңдағы C1–C9 қарқындылығының таралулары күріште көрсетілген.тиісінше 7b.C1-C9 және Dye1-Dye8 екеуі де толқын ұзындығы тәртібінде болғандықтан, 7b-суреттегі сегіз үлестіру Бояу1-Боя88 флуоресценция спектрлерін солдан оңға қарай ретімен көрсетеді.Бұл зерттеуде Бояу1, Бояу2, Бояу3, Бояғыш4, Бояу5, Бояғыш6, Бояу7 және Бояу8 сәйкесінше күрең, күлгін, көк, көгілдір, жасыл, сары, қызғылт сары және қызыл түстерде көрінеді.7а-суреттегі көрсеткілердің түстері 7b-суреттегі бояу түстеріне сәйкес келетінін ескеріңіз.7b-суреттегі әрбір спектр үшін C1-C9 флуоресценция интенсивтілігі олардың қосындысы біреуге тең болатындай қалыпқа келтірілді.Cap1-Cap4-тен сегіз эквивалентті флуоресценция спектрі алынды.Бояғыш 1-бояғыш 8 арасындағы флуоресценцияның спектрлік қабаттасуын анық байқауға болады.
7c-суретте көрсетілгендей, әрбір капилляр үшін 7а-суреттегі тоғыз түсті электрофореграмма 7b-суреттегі сегіз флуоресценция спектріне негізделген көп компонентті талдау арқылы сегіз бояулы электроферограммаға айналдырылды (толығырақ ақпаратты Қосымша материалдарды қараңыз).7a суретіндегі флуоресценцияның спектрлік қабаттасуы 7c суретте көрсетілмегендіктен, Бояу1-Бояғыш8 бір уақытта әр түрлі флуоресцентті болса да, Бояу1-Бояғыш8 әр уақыт нүктесінде жеке-жеке анықталуы және санын анықтауға болады.Мұны дәстүрлі жеті түсті анықтау арқылы орындау31 мүмкін емес, бірақ жеті түсті анықтау арқылы қол жеткізуге болады.7c-суреттегі Cap1 көрсеткілерінде көрсетілгендей, тек флуоресцентті эмиссия синглдары Dye3 (көк), Dye8 (қызыл), Dye5 (жасыл), Dye4 (көгілдір), Dye2 (күлгін), Dye1 (magenta) және Dye6 (сары) ) күтілетін хронологиялық тәртіпте байқалады.Бояғыш 7 (қызғылт сары) флуоресцентті сәулеленуі үшін қызғылт сары көрсеткімен көрсетілген жалғыз шыңнан басқа, бірнеше басқа жалғыз шыңдар байқалды.Бұл нәтиже үлгілерде өлшем стандарттары, Dye7 таңбаланған ДНҚ фрагменттері әртүрлі негіз ұзындықтары болуымен байланысты.7c суретінде көрсетілгендей, Cap4 үшін бұл негіз ұзындықтары 20, 40, 60, 80, 100, 114, 120, 140, 160, 180, 200, 214 және 220 негіз ұзындықтары.
Екі қабатты дихрикалық айналар матрицасын қолдану арқылы жасалған тоғыз түсті спектрометрдің негізгі ерекшеліктері шағын өлшемді және қарапайым дизайн болып табылады.Адаптердің ішіндегі декахроматикалық айналар массиві күріште көрсетілген.3c тікелей кескін сенсорының тақтасына орнатылған (S1 және S2 суретін қараңыз), тоғыз түсті спектрометр адаптермен бірдей өлшемдерге ие, яғни 54 × 58 × 8,5 мм.(қалыңдық) .Бұл өте кішкентай өлшем торларды немесе призмаларды қолданатын кәдімгі спектрометрлерге қарағанда екі-үш рет кіші.Бұған қоса, тоғыз түсті спектрометр жарық кескін сенсорының бетіне перпендикуляр түсетіндей конфигурацияланғандықтан, микроскоптар, ағын цитометрлері немесе анализаторлар сияқты жүйелерде тоғыз түсті спектрометрге кеңістік оңай бөлінуі мүмкін.Жүйені одан да үлкен миниатюризациялау үшін капиллярлық торлы электрофорез анализаторы.Сонымен қатар, тоғыз түсті спектрометрде қолданылатын он дихрикалық айналар мен жолақты сүзгілердің өлшемі небәрі 10×1,9×0,5 мм немесе 15×1,9×0,5 мм.Осылайша, 100-ден астам осындай шағын дихрионды айналар мен жолақты сүзгілерді, сәйкесінше, дихрикалық айнадан және 60 мм2 жолақты сүзгіден кесуге болады.Сондықтан декахроматикалық айналар массивін төмен бағамен жасауға болады.
Тоғыз түсті спектрометрдің тағы бір ерекшелігі оның тамаша спектрлік сипаттамалары болып табылады.Атап айтқанда, ол ленталық түсірілімдердің спектрлік кескіндерін алуға, яғни спектрлік ақпаратпен бір мезгілде кескіндерді алуға мүмкіндік береді.Әрбір сурет үшін толқын ұзындығы 520-ден 700 нм-ге дейінгі диапазонмен және 20 нм рұқсатымен үздіксіз спектр алынды.Басқаша айтқанда, әрбір кескін үшін жарықтың тоғыз түсті қарқындылығы анықталады, яғни толқын ұзындығы диапазонын 520-ден 700 нм-ге дейін тең бөлетін 20 нм тоғыз жолақ.Дихриондық айна мен өткізу жолағы сүзгінің спектрлік сипаттамаларын өзгерту арқылы тоғыз жолақтың толқын ұзындығы диапазоны мен әрбір жолақтың енін реттеуге болады.Тоғыз түсті анықтау спектрлік бейнелеумен (осы есепте сипатталғандай) флуоресценцияны өлшеу үшін ғана емес, сонымен қатар спектрлік бейнелеуді пайдаланатын көптеген басқа жалпы қолданбалар үшін де пайдаланылуы мүмкін.Гиперспектрлік бейнелеу жүздеген түстерді анықтай алатынына қарамастан, анықталатын түстер санының айтарлықтай азайғанымен, көру өрісіндегі бірнеше нысандарды көптеген қолданбалар үшін жеткілікті дәлдікпен анықтауға болатыны анықталды38,39,40.Кеңістіктік ажыратымдылық, спектрлік ажыратымдылық және уақытша ажыратымдылық спектрлік бейнелеуде айырбасқа ие болғандықтан, түстер санын азайту кеңістіктік және уақытша ажыратымдылықты жақсартуы мүмкін.Ол сондай-ақ осы зерттеуде әзірленген сияқты қарапайым спектрометрлерді пайдалана алады және есептеу көлемін одан әрі азайтады.
Бұл зерттеуде тоғыз түсті анықтау негізінде олардың қабаттасатын флуоресценция спектрлерін спектрлік бөлу арқылы сегіз бояғыштар бір уақытта сандық мәнге ие болды.Уақыт пен кеңістікте қатар өмір сүретін тоғыз бояуға дейін бір уақытта сандық анықтауға болады.Тоғыз түсті спектрометрдің ерекше артықшылығы оның жоғары жарық ағыны және үлкен апертурасы (1 × 7 мм) болып табылады.Декандық айна массивінде тоғыз толқын ұзындығы диапазонының әрқайсысында апертурадан жарықтың 92% максималды өтуі бар.520-ден 700 нм-ге дейінгі толқын ұзындығы диапазонында түсетін жарықты пайдалану тиімділігі 100% дерлік.Толқын ұзындығының осындай кең диапазонында ешқандай дифракциялық тор пайдаланудың мұндай жоғары тиімділігін қамтамасыз ете алмайды.Дифракциялық тордың дифракциялық тиімділігі белгілі бір толқын ұзындығында 90%-дан асса да, сол толқын ұзындығы мен белгілі бір толқын ұзындығы арасындағы айырмашылық артқан сайын, басқа толқын ұзындығындағы дифракция тиімділігі төмендейді41.2c-суреттегі жазықтықтың бағытына перпендикуляр апертураның енін декамер массивін сәл өзгерту арқылы осы зерттеуде пайдаланылған кескін сенсоры жағдайындағы сияқты кескін сенсорының еніне дейін 7 мм-ден ұзартуға болады.
Тоғыз түсті спектрометрді осы зерттеуде көрсетілгендей капиллярлық электрофорез үшін ғана емес, басқа да әртүрлі мақсаттарда қолдануға болады.Мысалы, төмендегі суретте көрсетілгендей, тоғыз түсті спектрометрді флуоресцентті микроскопқа қолдануға болады.Үлгі жазықтығы тоғыз түсті спектрометрдің кескін сенсорында 10x объективті арқылы көрсетіледі.Объективті линза мен кескін сенсорының арасындағы оптикалық қашықтық 200 мм, ал тоғыз түсті спектрометрдің түскен беті мен кескін сенсорының арасындағы оптикалық қашықтық небәрі 12 мм.Сондықтан кескін түсу жазықтығында шамамен апертура өлшеміне (1 × 7 мм) кесіліп, тоғыз түсті кескінге бөлінді.Яғни, тоғыз түсті суреттің спектрлік кескінін үлгі жазықтығында 0,1×0,7 мм аумақта алуға болады.Сонымен қатар, 2в-суреттегі горизонталь бағытта объективке қатысты үлгіні сканерлеу арқылы үлгі жазықтығында үлкенірек аймақтың тоғыз түсті спектрлік кескінін алуға болады.
Декахроматикалық айна массивінің құрамдас бөліктері, атап айтқанда M1-M9 және BP, стандартты жауын-шашын әдістерін қолдана отырып, Asahi Spectra Co., Ltd. компаниясында тапсырыс бойынша жасалған.Көп қабатты диэлектрлік материалдар өлшемі 60 × 60 мм және қалыңдығы 0,5 мм он кварц пластиналарына жеке-жеке қолданылды, келесі талаптарға жауап береді: M1: IA = 45°, R ≥ 90% 520–590 нм, Tave ≥ 90% 610– 610 нм.700 нм, M2: IA = 45°, R ≥ 90% 520–530 нм, Tave ≥ 90% 550–600 нм, M3: IA = 45°, R ≥ 90% 540–550 ≥9, Tave, % 570–600 нм, M4: IA = 45°, R ≥ 90% 560–570 нм, Tave ≥ 90% 590–600 нм, M5: IA = 45°, R ≥ 98% 58060 нм. , R ≥ 98% 680–700 нм, M6: IA = 45°, Tave ≥ 90% 600–610 нм, R ≥ 90% 630–700 нм, M7: IA = 45°, R ≥9 620–630 нм, Тау ≥ 90% 650–700 нм, M8: IA = 45°, R ≥ 90% 640–650 нм, Taw ≥ 90% 670–700 нм, M9: R R, IA = ≥ 90% 650-670 нм, Tave ≥ 90% 690-700 нм, АҚ: IA = 0°, T ≤ 0,01% 505 нм, Tave ≥ 95% 530-690 nm ≥0m ≥9 -690 нм және T ≤ 1% 725-750 нм, мұндағы IA, T, Tave және R - түсу бұрышы, өткізгіштік, орташа өткізгіштік және поляризацияланбаған жарық шағылыстыру.
Жарық диодты жарық көзі (AS 3000, БІР КОРПОРАЦИЯ АС) шығаратын толқын ұзындығы 400–750 нм болатын ақ жарық (C0) коллимацияланды және дихрикалық айналар массивінің DP-не тігінен түсті.Жарықдиодтардың ақ жарық спектрі S3 қосымша суретінде көрсетілген.Акрил сыйымдылығын (өлшемдері 150 × 150 × 30 мм) тікелей декамера айна массивінің алдына, PSU-ға қарама-қарсы қойыңыз.Құрғақ мұзды суға батырған кезде пайда болған түтін декахроматикалық айналар массивінен шығатын тоғыз түсті C1-C9 ағындарын байқау үшін акрил резервуарына құйылды.
Немесе коллимацияланған ақ жарық (C0) DP-ге кірер алдында сүзгіден өтеді.Сүзгілер бастапқыда оптикалық тығыздығы 0,6 болатын бейтарап тығыздық сүзгілері болды.Содан кейін моторлы сүзгіні (FW212C, FW212C, Thorlabs) пайдаланыңыз.Соңында ND сүзгісін қайта қосыңыз.Тоғыз өткізу жолағы сүзгілерінің өткізу қабілеті сәйкесінше C9, C8, C7, C6, C5, C4, C3, C2 және C1.Ішкі өлшемдері 40 (оптикалық ұзындық) x 42,5 (биіктігі) x 10 мм (ені) кварц ұяшығы BP-ге қарама-қарсы декохроматикалық айналар массивінің алдына қойылды.Содан кейін түтін түтік арқылы кварц ұяшығындағы түтіннің концентрациясын ұстап тұру үшін кварц ұяшығына беріледі, декахроматикалық айна массивінен шығатын тоғыз түсті C1-C9 бөлінген ағындарды бейнелеу үшін.
Деканикалық айналар массивінен шығатын тоғыз түсті бөлінген жарық ағынының бейнесі iPhone XS телефонында уақыт аралығы режимінде түсірілген.Көріністің суреттерін секундына 1 кадр жиілігінде түсіріңіз және 30 кадр/с (қосымша 1 бейне үшін) немесе 24 кадр/с (қосымша 2 және 3 бейнелер үшін) бейне жасау үшін кескіндерді құрастырыңыз.
Диффузия пластинасына қалыңдығы 50 мкм тот баспайтын болаттан жасалған пластинаны (диаметрі 1 мм аралықпен төрт 50 мкм тесігі бар) салыңыз.Толқын ұзындығы 400-750 нм болатын жарық диффузорлық пластинаға сәулелендіріледі, галогендік лампадан жарықты кесу толқын ұзындығы 700 нм болатын қысқа өткізгіш сүзгіден өткізу арқылы алынған.Жарық спектрі S4 қосымша суретінде көрсетілген.Сонымен қатар, жарық ортасы 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670 және 690 нм болатын 10 нм жолақты сүзгілердің бірінен өтіп, диффузор тақтасына түседі.Нәтижесінде диффузор пластинасына қарама-қарсы тот баспайтын болаттан жасалған пластинада диаметрі φ50 мкм және толқын ұзындығы әртүрлі төрт сәулелену нүктесі пайда болды.
Төрт линзасы бар төрт капиллярлы массив 1 және 2-суреттерде көрсетілгендей тоғыз түсті спектрометрге орнатылған. C1 және C2.Төрт капилляр мен төрт линза алдыңғы зерттеулердегідей болды31,34.Толқын ұзындығы 505 нм және қуаты 15 мВт лазер сәулесі бүйірден төрт капиллярлардың сәуле шығару нүктелеріне бір мезгілде және біркелкі сәулеленеді.Әрбір эмиссия нүктесінен шығарылатын флуоресценция сәйкес линза арқылы коллимацияланады және декахроматикалық айналар массиві арқылы тоғыз түсті ағынға бөлінеді.Содан кейін алынған 36 ағын CMOS кескін сенсорына (C11440–52U, Hamamatsu Photonics K·K.) тікелей енгізілді және олардың кескіндері бір уақытта жазылды.
ABI PRISM® BigDye® Primer Cycle Sequencing Ready Reaction Kit (Applied Biosystems), 4 мкл GeneScan™ 600 LIZ™ бояғышы 1 мкл PowerPlex® 6C Matrix Standard (Promega Corporation) араластыру арқылы әр капилляр үшін араластырылды, 1 мкл қоспа өлшемі стандарты.v2.0 (Thermo Fisher Scientific) және 14 мкл су.PowerPlex® 6C матрицалық стандарты алты бояумен таңбаланған алты ДНҚ фрагментінен тұрады: FL-6C, JOE-6C, TMR-6C, CXR-6C, TOM-6C және WEN, толқын ұзындығының максималды реті бойынша.Бұл ДНҚ фрагменттерінің негізгі ұзындықтары ашылмаған, бірақ WEN, CXR-6C, TMR-6C, JOE-6C, FL-6C және TOM-6C белгілерімен белгіленген ДНҚ фрагменттерінің негізгі ұзындық тізбегі белгілі.ABI PRISM® BigDye® Primer Cycle Sequencing Ready Reaction жинағындағы қоспада dR6G бояуымен белгіленген ДНҚ фрагменті бар.ДНҚ фрагменттерінің негіздерінің ұзындығы да ашылмаған.GeneScan™ 600 LIZ™ Dye Size Standard v2.0 нұсқасы LIZ таңбаланған 36 ДНҚ фрагменттерін қамтиды.Бұл ДНҚ фрагменттерінің негізгі ұзындықтары: 20, 40, 60, 80, 100, 114, 120, 140, 160, 180, 200, 214, 220, 240, 250, 260, 280, 140, 3, 30, 32 360, 380, 400, 414, 420, 440, 460, 480, 500, 514, 520, 540, 560, 580 және 600 негізі.Үлгілер 94°C температурада 3 минут денатурацияланды, содан кейін 5 минут бойы мұзда салқындатылды.Үлгілер әрбір капиллярға 26 В/см 9 секундқа енгізілді және тиімді ұзындығы 36 см және кернеуі 181 В/см болатын POP-7™ полимер ерітіндісімен (Thermo Fisher Scientific) толтырылған әрбір капиллярға бөлінген. бұрышы 60°.FROM.
Осы зерттеу барысында алынған немесе талданған барлық деректер осы жарияланған мақалада және оның қосымша ақпаратында қамтылған.Осы зерттеуге қатысты басқа деректер орынды сұрау бойынша тиісті авторлардан қолжетімді.
Хан, М.Дж., Хан, HS, Юсуф, А., Хуршид, К. және Аббас, А. Гиперспектральды бейнелеу талдауындағы ағымдағы тенденциялар: шолу.IEEE 6, 14118–14129 қол жеткізу.https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2812999 (2018).
Воган, AH Астрономиялық интерферометриялық Фабри-Перо спектроскопиясы.орнату.Құрметті Астрон.астрофизика.5, 139-167.https://doi.org/10.1146/annurev.aa.05.090167.001035 (1967).
Goetz, AFH, Wein, G., Solomon, JE және Rock, BN спектроскопиясы Жерді қашықтықтан зондтау кескіндері.Ғылым 228, 1147–1153 жж.https://doi.org/10.1126/science.228.4704.1147 (1985).
Yokoya, N., Grohnfeldt, C., and Chanussot, J. Fusion of hyperspectral and multispectral data: соңғы жарияланымдарға салыстырмалы шолу.IEEE Жер туралы ғылымдар.Қашықтан зондтау журналы.5:29–56.https://doi.org/10.1109/MGRS.2016.2637824 (2017).
Gowen, AA, O'Donnell, SP, Cullen, PJ, Downey, G. and Frias, JM Hyperspectral imaging - сапаны бақылау және азық-түлік қауіпсіздігі үшін жаңа аналитикалық құрал.Тамақтану ғылымындағы тенденциялар.технология.18, 590-598.https://doi.org/10.1016/j.tifs.2007.06.001 (2007).
ElMasri, G., Mandour, N., Al-Rejaye, S., Belin, E. and Rousseau, D. Тұқым фенотипі мен сапасын бақылау үшін мультиспектрлік бейнелеудің соңғы қолданбалары - шолу.Сенсорлар 19, 1090 (2019).
Liang, H. Археология және өнерді сақтау үшін мультиспектрлік және гиперспектральды бейнелеудегі жетістіктер.Физикалық 106, 309–323 нөміріне өтініш беріңіз.https://doi.org/10.1007/s00339-011-6689-1 (2012).
Edelman GJ, Gaston E., van Leeuwen TG, Cullen PJ және Alders MKG сот-медициналық іздердің контактісіз талдауы үшін гиперспектральды бейнелеу.Криминалистика.ішкі 223, 28-39.https://doi.org/10.1016/j.forsciint.2012.09.012 (2012).