altzairu herdoilgaitza 321 8*1,2 bero-trukagailurako hodi harilkatua

Hodi kapilarrak

Eskerrik asko Nature.com bisitatzeagatik.CSS laguntza mugatua duen arakatzailearen bertsioa erabiltzen ari zara.Esperientzia onena lortzeko, eguneratutako arakatzailea erabiltzea gomendatzen dugu (edo Internet Explorer-en bateragarritasun modua desgaitzea).Horrez gain, etengabeko laguntza bermatzeko, gunea estilorik eta JavaScript gabe erakusten dugu.
Hiru diapositibako karrusel bat bistaratzen du aldi berean.Erabili Aurrekoa eta Hurrengoa botoiak aldi berean hiru diapositibatik mugitzeko, edo erabili amaierako graduatzaile-botoiak hiru diapositibatik aldi berean mugitzeko.
Bederatzi koloretako espektrometro ultra trinkoa (54 × 58 × 8,5 mm) eta irekiera zabala (1 × 7 mm) garatu zen, hamar ispilu dikroikoko sorta batek “bitan banatua”, berehalako irudi espektraletarako erabiltzen zena.Irekidura-tamaina baino sekzio txikiagoa duen argi-fluxu intzidentea 20 nm-ko zabalera eta bederatzi kolore-fluxu batean banatzen da 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670 eta 690 nm-ko uhin-luzera zentralak dituena.Bederatzi kolore-korronteen irudiak aldi berean modu eraginkorrean neurtzen ditu irudi-sentsoreak.Ispilu dikroiko-matrize konbentzionalak ez bezala, garatutako ispilu dikroiko-matrizeak bi piezako konfigurazio berezia du, eta horrek aldi berean neur daitezkeen kolore-kopurua areagotzeaz gain, kolore-korronte bakoitzaren irudiaren bereizmena hobetzen du.Garatutako bederatzi koloretako espektrometroa lau kapilar elektroforesirako erabiltzen da.Kapilar bakoitzean aldi berean migratzen diren zortzi koloratzaileen aldibereko analisi kuantitatiboa, bederatzi koloreko laser bidez eragindako fluoreszentzia erabiliz.Bederatzi koloretako espektrometroa ultra-txikia eta merkea ez ezik, argi-fluxu handia eta espektro-bereizmen nahikoa duen irudi-aplikazio gehienetarako, asko erabil daiteke hainbat esparrutan.
Irudi hiperespektralak eta espektral anitzekoak astronomiaren zati garrantzitsu bihurtu dira2, Lurraren behaketarako urruneko detekzioa3,4, elikagaien eta uraren kalitatearen kontrola5,6, artearen kontserbazioa eta arkeologia7, forentsea8, kirurgia9, analisi biomedikoa eta diagnostikoa10,11 etab. 1. eremua Ezinbesteko teknologia. ,12,13.Ikus-eremuan igorpen-puntu bakoitzak igortzen duen argiaren espektroa neurtzeko metodoak (1) puntu-eskanea (“erratza”)14,15, (2) miaketa lineala (“panikula”)16,17,18 bereizten dira. , (3) luzera uhinak19,20,21 eta (4) irudiak22,23,24,25 eskaneatzen ditu.Metodo horien guztien kasuan, bereizmen espazialak, bereizmen espektralak eta denborazko ebazpenak merkataritza-erlazioa dute9,10,12,26.Gainera, argiaren irteerak eragin handia du sentikortasunean, hau da, seinale-zarata erlazioak irudi espektralean26.Argi-fluxua, hau da, argia erabiltzearen eraginkortasuna, zuzenki proportzionala da neurtutako uhin-luzera-barrutiko argi-kopuru osoaren eta puntu argitsu bakoitzaren denbora-unitateko benetako neurtutako argi-kantitatearen erlazioarekin.(4) kategoria metodo egokia da igorle-puntu bakoitzak igortzen duen argiaren intentsitatea edo espektroa denborarekin aldatzen denean edo igorle-puntu bakoitzaren posizioa denborarekin aldatzen denean, puntu igorle guztiek igorritako argi-espektroa aldi berean neurtzen delako.24.
Goiko metodo gehienak espektrometro handi, konplexu eta/edo garestiekin konbinatzen dira 18 sareta edo 14, 16, 22, 23 prisma erabiliz (1), (2) eta (4) edo 20, 21 iragazki-disko, likido-iragazkietarako. .Crystalline tunable iragazkiak (LCTF)25 edo akusto-optikoak tunable iragazkiak (AOTF)19 (3) kategoriakoak.Aitzitik, (4) kategoriako ispilu anitzeko espektrometroak txikiak eta merkeak dira konfigurazio sinpleagatik27,28,29,30.Horrez gain, argi-fluxu handia dute, ispilu dikroiko bakoitzak partekatzen duen argia (hau da, ispilu dikroiko bakoitzean dagoen argi intzidentearen argi transmititua eta islatua) guztiz eta etengabe erabiltzen delako.Hala ere, aldi berean neurtu behar diren uhin-luzera-banden kopurua (hau da, koloreak) lau ingurura mugatzen da.
Fluoreszentzia-detekzioan oinarritutako irudi espektralak detekzio eta diagnostiko biomedikoetan analisi multiplexak egiteko erabili ohi da 10, 13 .Multiplexazioan, analito anitz (adibidez, DNA edo proteina espezifikoak) koloratzaile fluoreszente ezberdinekin etiketatzen direnez, ikus-eremuko emisio-puntu bakoitzean dagoen analito bakoitza osagai anitzeko analisiaren bidez kuantifikatzen da.32-k igorpen-puntu bakoitzak igortzen duen detektatutako fluoreszentzia-espektroa hausten du.Prozesu horretan zehar, koloratzaile desberdinak, bakoitzak fluoreszentzia ezberdina igortzen duena, kokalizatu daitezke, hau da, espazioan eta denboran elkarrekin bizi daitezke.Gaur egun, laser izpi bakar batek kitzikatu dezakeen koloratzaile kopuru maximoa zortzi da33.Goiko muga hori ez dago bereizmen espektralak (hau da, kolore kopuruak), baizik eta fluoreszentzia-espektroaren zabalerak (≥50 nm) eta Stokes-en koloratzaile-aldaketaren (≤200 nm) FRET-en (FRET erabiliz)10. .Hala ere, kolore-kopuruak koloratzaile-kopuruaren handiagoa edo berdina izan behar du koloratzaile mistoen gainjartze espektrala ezabatzeko31,32.Hori dela eta, beharrezkoa da aldi berean neurtutako kolore kopurua zortzi edo gehiagora igotzea.
Berriki, espektrometro heptakroiko ultra-trinko bat (ispilu heptikroiko sorta bat eta lau fluxu fluoreszente neurtzeko irudi sentsore bat erabiliz) garatu da.Espektrometroa sareak edo prismak erabiltzen dituzten ohiko espektrometroak baino bizpahiru magnitude ordena txikiagoa da34,35.Hala ere, zaila da espektrometro batean zazpi ispilu dikroiko baino gehiago jartzea eta aldi berean zazpi kolore baino gehiago neurtzea36,37.Ispilu dikroikoen kopurua handitzean, argi-fluxu dikroikoen bide optikoen luzeraren diferentzia maximoa handitzen da, eta zaila egiten da argi-fluxu guztiak zentzumen-plano batean bistaratzea.Argi-fluxuaren bide optiko luzeena ere handitzen da, beraz, espektrometroaren irekiduraren zabalera (hau da, espektrometroak analizatutako argiaren zabalera maximoa) txikiagotzen da.
Aipatutako arazoei erantzunez, bederatzi koloreko espektrometro ultra-trinko bat garatu zen, bi geruzako ispilu dekakromatiko "dikroiko" batekin eta berehalako irudi espektraletarako irudi sentsore batekin [(4) kategoria].Aurreko espektrometroekin alderatuta, garatutako espektrometroak diferentzia txikiagoa du bide optikoaren luzera maximoan eta bide optikoaren luzera maximo txikiagoa.Lau kapilarren elektroforesian aplikatu da laser bidez eragindako bederatzi koloreko fluoreszentzia detektatzeko eta kapilar bakoitzean zortzi koloratzaileren aldibereko migrazioa kuantifikatzeko.Garatutako espektrometroa ultra-txikia eta merke ez ezik, argi-fluxu handia eta espektro-bereizmen nahikoa duen irudi-aplikazio gehienetarako, asko erabil daiteke hainbat esparrutan.
Irudian bederatzi koloretako espektrometro tradizionala ageri da.1a.Bere diseinuak aurreko zazpi koloreko espektrometro ultra-txikiarena jarraitzen du 31. Bederatzi ispilu dikroikoz osatuta dago horizontalki 45°-ko angeluan eskuinera, eta irudi sentsorea (S) bederatzi ispilu dikroikoen gainean dago.Behetik sartzen den argia (C0) bederatzi ispilu dikroikoz osatutako multzo batek banatzen du gora doan bederatzi argi-fluxutan (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 eta C9).Bederatzi kolore-korronte guztiak zuzenean elikatzen dira irudi-sentsorera eta aldi berean detektatzen dira.Ikerketa honetan, C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 eta C9 uhin-luzeraren ordenan daude eta magenta, bioleta, urdina, ziana, berdea, horia, laranja, gorri-laranja eta hauek dira. gorria, hurrenez hurren.Dokumentu honetan kolore izendapen hauek erabiltzen diren arren, 3. irudian ikusten den bezala, gizakiaren begiak ikusten dituen benetako koloreetatik desberdinak direlako.
Bederatzi koloretako espektrometro konbentzionalen eta berrien diagrama eskematikoak.(a) Bederatzi koloreko espektrometro konbentzionala, bederatzi ispilu dikroikoz osatutako multzoa duena.(b) Bederatzi koloretako espektrometro berria, bi geruzako ispilu dikroiko-matrizearekin.C0 argi-fluxu intzidentea C1-C9 koloretako bederatzi argi-fluxuetan banatzen da eta S irudi sentsoreak detektatzen du.
Garatutako bederatzi koloretako espektrometro berriak bi geruzako ispilu dikroiko-sare bat eta irudi-sentsore bat ditu, 1b irudian ikusten den bezala.Beheko mailan, bost ispilu dikroiko eskuinera 45° okertuta daude, dekamero-multzoaren erdialdetik eskuinera lerrokatuta.Goiko mailan, bost ispilu dikroiko gehigarri ezkerrera 45° okertuta daude eta erditik ezkerrera kokatuta daude.Beheko geruzaren ezkerreko ispilu dikroikoa eta goiko geruzaren eskuineko ispilu dikroikoa gainjartzen dira.Argi-fluxu intzidentea (C0) behetik irteteko lau fluxu kromatikotan banatzen da (C1-C4) eskuineko bost ispilu dikroikoz eta irteerako bost fluxu kromatiko (C5-C4) ezkerreko bost ispilu dikroikoz C9).Bederatzi koloreko espektrometro konbentzionalak bezala, bederatzi kolore-korronte guztiak zuzenean injektatzen dira irudi-sentsorean (S) eta aldi berean detektatzen dira.1a eta 1b irudiak alderatuz, ikus daiteke bederatzi koloretako espektrometro berriaren kasuan, diferentzia maximoa eta bederatzi kolore fluxuen bide optiko luzeena erdira murrizten direla.
2. Irudian 29 mm (zabalera) × 31 mm (sakonera) × 6 mm (altuera) bi geruza dikroikoko ispilu-matrize ultra-txiki baten eraikuntza zehatza ageri da. Ispilu dikroiko hamartarra eskuineko bost ispilu dikroikoz osatuta dago. (M1-M5) eta bost ispilu dikroiko ezkerrean (M6-M9 eta beste M5), ispilu dikroiko bakoitza goiko aluminiozko euskardian finkatuta dago.Ispilu dikroiko guztiak mailakatu egiten dira ispiluetan zeharreko fluxuaren errefrakzioaren ondoriozko desplazamendu paraleloa konpentsatzeko.M1 azpian, banda-iragazkia (BP) finkoa da.M1 eta BP dimentsioak 10 mm (alde luzea) x 1,9 mm (alde laburra) x 0,5 mm (lodiera) dira.Gainerako ispilu dikroikoen neurriak 15 mm × 1,9 mm × 0,5 mm dira.M1 eta M2 arteko matrize-pasa 1,7 mm-koa da, eta beste ispilu dikroikoen matrize-pasa 1,6 mm-koa.irudian.2c C0 argi-fluxu intzidentea eta C1-C9 koloretako bederatzi argi-fluxuak konbinatzen ditu, ispiluen ganbera-matrize batek bereizita.
Bi geruzako ispilu matrize dikroikoaren eraikuntza.(a) Perspektiba-ikuspegia eta (b) bi geruzako ispilu dikroiko baten sekzioko ikuspegia (29 mm x 31 mm x 6 mm neurriak).Beheko geruzan kokatutako bost ispilu dikroikoz (M1-M5), goiko geruzan kokatutako bost ispilu dikroikoz (M6-M9 eta beste M5) eta M1 azpian kokatutako banda-iragazkia (BP) osatzen dute.(c) Zeharkako ikuspegia norabide bertikalean, C0 eta C1-C9 gainjarriz.
Irekiduraren zabalera noranzko horizontalean, 2, c irudiko C0 zabalerak adierazita, 1 mm-koa da, eta 2, c irudiko planoarekiko noranzkoan, aluminiozko euskarriaren diseinuak emandakoa, – 7 mm.Hau da, bederatzi koloretako espektrometro berriak 1 mm × 7 mm-ko irekiera handia du.C4-ren bide optikoa C1-C9-ren artean luzeena da, eta C4-ren bide optikoa ispilu dikroiko-matrizearen barruan, goiko tamaina ultra-txikia dela eta (29 mm × 31 mm × 6 mm), 12 mm-koa da.Aldi berean, C5-ren bide optikoaren luzera C1-C9-ren artean laburrena da eta C5-ren bide optikoa 5,7 mm-koa da.Hori dela eta, bide optikoaren luzeraren diferentzia maximoa 6,3 mm-koa da.Goiko bide optikoko luzera M1-M9 eta BP (kuartzotik) transmisio optikorako bide optikoaren luzerarako zuzentzen dira.
М1−М9 eta VRren propietate espektralak kalkulatzen dira С1, С2, С3, С4, С5, С6, С7, С8 eta С9 uhin-luzera tartean egon daitezen. –600, 600–620, 620–640, 640–660, 660–680 eta 680–700 nm, hurrenez hurren.
Ispilu dekakromatikoen fabrikatutako matrizearen argazkia 3a irudian ageri da.M1-M9 eta BP aluminiozko euskarriaren 45°-ko maldan eta plano horizontalean itsatsita daude, hurrenez hurren, eta M1 eta BP irudiaren atzealdean ezkutatuta daude.
Ispilu dekano sorta baten ekoizpena eta haren erakustaldia.(a) Fabrikatutako ispilu dekakromatikoen multzoa.(b) 1 mm × 7 mm-ko bederatzi koloretako irudi zatitua, ispilu dekakromatiko-multzo baten aurrean jarritako paper-orri batean proiektatua eta argi zuriarekin atzeko argiztatua.(c) Atzetik argi zuriz argitutako ispilu dekokromatiko sorta bat.(d) Dekano ispilu-matrizetik ateratzen den bederatzi koloreko zatiketa-korrontea, kez betetako ontzi akriliko bat c-an jarriz eta gela ilunduz.
M1-M9 C0-ren transmisio-espektro neurtuak 45°-ko intzidentzia-angeluan eta BP C0-ren neurtutako transmisio-espektroa 0°-ko intzidentzia-angeluan agertzen dira.4a.C1-C9-ren transmisio-espektroak C0-rekin alderatuta agertzen dira.4b.Espektro hauek irudietako espektroetatik kalkulatu ziren.4a irudiko C1-C9 bide optikoaren arabera.1b eta 2c.Adibidez, 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)], non TS (X) eta [ 1 − TS(X)] X-ren transmisio eta islapen espektroak dira, hurrenez hurren.4b irudian ikusten den bezala, C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 eta C9-ren banda-zabalerak (banda-zabalera ≥50%) 521-540, 541-562, 563-580, 581-602, 603 dira. -623, 624-641, 642-657, 659-680 eta 682-699 nm.Emaitza hauek bat datoz garatutako barrutiekin.Gainera, C0 argiaren erabilera-eraginkortasuna handia da, hau da, C1-C9 argiaren transmisio maximoa %92koa da.
Ispilu dikroiko baten transmisio-espektroak eta bederatzi koloretako fluxu zatitua.(a) M1-M9-ren transmisio-espektro neurtuak 45°-ko intzidentzian eta BP 0°-ko intzidentzian.(b) C1-C9-ren transmisio-espektroak C0arekiko (a)tik kalkulatuta.
irudian.3c, ispilu dikroikoen multzoa bertikalki kokatuta dago, beraz, 3a irudiko bere eskuineko aldea goiko aldea da eta kolimatutako LEDaren (C0) izpi zuria atzeko argiz dago.3a irudian erakusten den ispilu dekakromatikoen multzoa 54 mm (altuera) × 58 mm (sakera) × 8,5 mm (lodiera) egokitzaile batean muntatuta dago.irudian.3d, irudian ageri den egoeraz gain.3c, kez betetako depositu akriliko bat ispilu dekokromatiko sorta baten aurrean jarri zen, gelako argiak itzalita.Ondorioz, deposituan bederatzi korronte dikroiko ikusten dira, ispilu dekakromatiko sorta batetik ateratzen direnak.Zatitutako korronte bakoitzak 1 × 7 mm-ko dimentsioak dituen sekzio angeluzuzena du, bederatzi koloretako espektrometro berriaren irekidura-tamainari dagokiona.3b irudian, 3c irudiko ispilu dikroikoen multzoaren aurrean orri bat jartzen da, eta paperean proiektatzen diren bederatzi korronte dikroikoen 1 x 7 mm-ko irudia ikusten da paperaren mugimenduaren norabidetik.errekak.Irudiko bederatzi kolore bereizteko korronteak.3b eta d C4, C3, C2, C1, C5, C6, C7, C8 eta C9 dira goitik behera, 1 eta 2. irudietan ere ikus daitezkeenak. 1b eta 2c.Beren uhin-luzerari dagozkion koloreetan behatzen dira.LEDaren argi zuriaren intentsitate baxua dela eta (ikus S3 irudi osagarria) eta irudiko C9 (682-699 nm) harrapatzeko erabiltzen den kolore-kameraren sentsibilitateagatik. Beste zatiketa-fluxu batzuk ahulak dira.Era berean, C9 begi hutsez apur bat ikusten zen.Bien bitartean, C2 (goitik datorren bigarren korrontea) berdea ikusten da 3. irudian, baina horia da begi hutsez.
3c iruditik d-rako trantsizioa 1. bideo osagarrian erakusten da. LED-aren argi zuria ispilu dekakromatiko-matrizetik igaro eta berehala, aldi berean bederatzi kolore-korrontetan banatzen da.Azkenean, ontziko kea apurka-apurka goitik behera xahutzen joan zen, eta horrela, bederatzi koloretako hautsak ere goitik behera desagertu ziren.Aitzitik, 2. bideo osagarrian, ispilu dekakromatikoen multzoan gertatzen den argi-fluxuaren uhin-luzera luzetik laburra aldatu zenean 690, 671, 650, 632, 610, 589, 568, 550 eta 532 nm-ko ordenan ., C9, C8, C7, C6, C5, C4, C3, C2 eta C1 ordenako bederatzi korronte zatituen dagozkien korronteak soilik bistaratzen dira.Biltegi akrilikoa kuartzozko igerileku batek ordezkatzen du, eta shunted fluxu bakoitzaren malutak argi ikus daitezke goranzko norabidetik.Gainera, 3 azpibideoa editatzen da, 2 azpibideoaren uhin-luzera-aldaketaren zatia berriro erreproduzitzeko.Hau da ispilu-sorta dekokromatiko baten ezaugarrien adierazpenik elokuenteena.
Goiko emaitzek erakusten dute fabrikatutako ispilu dekakromatikoak edo bederatzi koloretako espektrometro berriak nahi bezala funtzionatzen duela.Bederatzi koloretako espektrometro berria moldagailuekin ispilu dekakromatiko sorta bat zuzenean irudi sentsore-taulan muntatuta eratzen da.
400 eta 750 nm arteko uhin-luzera duen argi-fluxua, φ50 μm lau erradiazio-puntuek igorritakoa, 1 mm-ko tarteetan kokatua 2c irudiko planoarekiko norabide perpendikularra, hurrenez hurren 31, 34 Ikerketak. φ1 mm-ko lau lente 1,4 mm-ko foku-luzera eta 1 mm-ko distantzia dutenak.Lau korronte kolimatu (lau C0) bederatzi koloretako espektrometro berri baten DP-an gertatzen dira, 1 mm-ko tarteetan banatuta.Ispilu dikroikoen multzo batek korronte bakoitza (C0) bederatzi koloreko korrontetan banatzen du (C1-C9).Ondorioz, 36 korronte (C1-C9 lau multzo) zuzenean ispilu dikroikoen multzo batera konektatuta dagoen CMOS (S) irudi sentsore batean injektatzen dira.Ondorioz, 5a irudian ikusten den bezala, bide optiko maximoaren diferentzia txikia eta bide optiko maximo laburra dela eta, 36 korronte guztien irudiak aldi berean eta argi detektatu ziren tamaina berdinarekin.Beheko espektroen arabera (ikus S4 irudi osagarria), C1, C2 eta C3 lau taldeen irudiaren intentsitatea nahiko baxua da.Hogeita hamasei irudi 0,57 ± 0,05 mm-ko tamaina zuten (batez bestekoa ± SD).Horrela, irudiaren handitzea 11,4koa izan zen batez beste.Irudien arteko tarte bertikalak 1 mm-ko batez bestekoa da (lente-matrize baten tarte bera) eta tarte horizontala 1,6 mm-koa (ispilu-matrize dikroiko baten tarte bera).Irudiaren tamaina irudien arteko distantzia baino askoz txikiagoa denez, irudi bakoitza modu independentean neur daiteke (diafonia txikiarekin).Bien bitartean, gure aurreko ikerketan erabilitako zazpi koloreko ohiko espektrometroak grabatutako hogeita zortzi korronteen irudiak 5 B irudian ageri dira. Zazpi ispilu dikroikoen multzoa bederatzi dikroikoen multzotik eskuineko bi ispilu dikroikoetatik kenduz sortu zen. 1a irudiko ispiluak.Irudi guztiak ez dira zorrotzak, irudiaren tamaina C1etik C7ra handitzen da.Hogeita zortzi irudi 0,70 ± 0,19 mm-ko tamaina dute.Beraz, zaila da irudi guztietan bereizmen handia mantentzea.5b irudiko 28. irudiaren aldakuntza koefizientea (CV) % 28koa izan zen, eta 5a irudiko 36. irudiaren CVa % 9ra jaitsi zen.Goiko emaitzek erakusten dutenez, bederatzi koloretako espektrometro berriak aldi berean neurtutako koloreen kopurua zazpitik bederatzira handitzeaz gain, kolore bakoitzeko irudi-bereizmen handia ere baduela.
Espektrometro konbentzional eta berriek osatutako irudi zatituaren kalitatearen konparaketa.(a) Bederatzi koloretako espektrometro berriak sortutako bederatzi koloretako irudi bereiziak (C1-C9) lau talde.(b) Zazpi kolore bereizitako irudien (C1-C7) lau multzo, zazpi koloretako espektrometro konbentzional batekin osatuak.Lau igorpen-puntuetatik 400 eta 750 nm-ko uhin-luzera duten fluxuak (C0) kolimatu eta intzidente egiten dira espektrometro bakoitzean, hurrenez hurren.
Bederatzi koloretako espektrometroaren ezaugarri espektralak esperimentalki ebaluatu dira eta ebaluazioaren emaitzak 6. Irudian agertzen dira. Kontuan izan 6a irudiak 5a irudiaren emaitza berdinak erakusten dituela, hau da, 4 C0 400-750 nm-ko uhin-luzeretan, 36 irudi guztiak detektatzen dira. (4 talde C1-C9).Aitzitik, 6b–j irudian ikusten den bezala, C0 bakoitzak 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670 edo 690 nm-ko uhin-luzera espezifikoa duenean, ia lau irudi besterik ez daude dagozkion (lau atzemandako taldeak C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 edo C9).Hala ere, dagozkien lau irudien ondoan dauden irudi batzuk oso ahulean detektatzen dira, 4b irudian erakusten diren C1-C9 transmisio-espektroak apur bat gainjartzen direlako eta C0 bakoitzak 10 nm-ko banda bat duelako metodoan deskribatzen den uhin-luzera zehatz batean.Emaitza hauek koherenteak dira irudietan erakusten diren C1-C9 transmisio-espektroekin.4b eta 2 eta 3 bideo osagarriak. Beste era batera esanda, bederatzi koloretako espektrometroak espero bezala funtzionatzen du irudian agertzen diren emaitzetan oinarrituta.4b.Beraz, irudiaren intentsitatearen banaketa C1-C9 C0 bakoitzaren espektroa dela ondorioztatzen da.
Bederatzi koloreko espektrometroaren ezaugarri espektralak.Bederatzi koloretako espektrometro berriak bederatzi kolore bereizitako irudien lau multzo sortzen ditu (C1-C9) argi intzidenteak (lau C0) (a) 400-750 nm-ko uhin-luzera duenean (5a), (b) irudian erakusten den moduan. 530 nm.nm, (c) 550 nm, (d) 570 nm, (e) 590 nm, (f) 610 nm, (g) 630 nm, (h) 650 nm, (i) 670 nm, (j) 690 nm, hurrenez hurren.
Garatutako bederatzi koloreko espektrometroa lau kapilar elektroforesirako erabili zen (xehetasunetarako, ikus Material osagarriak)31,34,35.Lau kapilar matrizea lau kapilarrez osatuta dago (kanpo-diametroa 360 μm eta barne-diametroa 50 μm) laser irradiazio-gunean 1 mm-ko tarteetan kokatuta.8 koloratzailerekin etiketatutako DNA zatiak dituzten laginak, hots, FL-6C (koloratzailea 1), JOE-6C (koloratzailea 2), dR6G (koloratzailea 3), TMR-6C (koloratzailea 4), CXR-6C (koloratzailea 5), ​​TOM- 6C (koloratzailea 6), LIZ (koloratzailea 7) eta WEN (koloratzailea 8) uhin-luzeraren goranzko ordenan, lau kapilar bakoitzean bereizita (aurrerantzean Cap1, Cap2, Cap3 eta Cap4 deitzen dira).Cap1-Cap4-ren laser bidez eragindako fluoreszentzia lau lenteren multzo batekin kolimatu zen eta aldi berean bederatzi koloretako espektrometro batekin grabatu zen.Elektroforesian bederatzi koloreko (C1-C9) fluoreszentziaren intentsitate dinamika, hau da, kapilar bakoitzaren bederatzi koloreko elektroforegrama, 7a irudian ageri da.Cap1-Cap4-n bederatzi koloretako elektroforegrama baliokide bat lortzen da.7a irudiko Cap1 geziek adierazten dutenez, bederatzi koloreko elektroforegrama bakoitzeko zortzi gailurrek Dye1-Dye8-ren fluoreszentzia-igorpen bat erakusten dute, hurrenez hurren.
Zortzi koloratzaileen aldibereko kuantifikazioa bederatzi koloreko lau kapilar elektroforesi espektrometroa erabiliz.(a) Kapilar bakoitzaren bederatzi koloreko (C1-C9) elektroforegrama.Cap1 geziek adierazitako zortzi gailurrek zortzi koloratzaileren (Dye1-Dye8) fluoreszentzia-igorpen indibidualak erakusten dituzte.Gezien koloreak (b) eta (c) koloreei dagozkie.(b) Zortzi koloratzaileren (Dye1-Dye8) fluoreszentzia-espektroak kapilar bakoitzeko.c Zortzi koloratzaileko elektroferogramak (Dye1-Dye8) kapilar bakoitzeko.Dye7-rekin markatutako DNA zatien gailurrak gezien bidez adierazten dira, eta haien Cap4 oinarriaren luzerak adierazten dira.
C1-C9-ren intentsitate-banaketa zortzi gailurretan erakusten da.7b, hurrenez hurren.C1-C9 eta Dye1-Dye8 uhin-luzeraren ordenan daudenez, 7b irudiko zortzi banaketak Dye1-Dye8-ren fluoreszentzia-espektroak erakusten ditu ezkerretik eskuinera sekuentzialki.Ikerketa honetan, Dye1, Dye2, Dye3, Dye4, Dye5, Dye6, Dye7 eta Dye8 magenta, bioleta, urdina, ziana, berdea, horia, laranja eta gorria agertzen dira, hurrenez hurren.Kontuan izan 7a irudiko gezien koloreak 7b irudiko tindagaien koloreekin bat datozela.7b irudiko espektro bakoitzeko C1-C9 fluoreszentzia-intentsitateak normalizatu ziren, haien batura bat berdina izan zedin.Cap1-Cap4-tik zortzi fluoreszentzia espektro baliokide lortu ziren.Argi eta garbi ikus daiteke fluoreszentziaren gainjartze espektrala 1-koloratzaile 8-ren artean.
7c irudian erakusten den moduan, kapilar bakoitzeko, 7a irudiko bederatzi koloreko elektroforegrama zortzi koloretako elektroferograma bihurtu zen osagai anitzeko analisiaren bidez 7b irudiko zortzi fluoreszentzia espektroetan oinarrituta (ikus Material osagarriak xehetasunetarako).7a irudiko fluoreszentziaren gainjartze espektrala 7c irudian bistaratzen ez denez, Dye1-Dye8 denbora-puntu bakoitzean banan-banan identifikatu eta kuantifikatu daiteke, Dye1-Dye8-ren kantitate desberdinak aldi berean fluoreszen badira ere.Hori ezin da zazpi koloreko detekzio tradizionalarekin egin31, baina garatutako bederatzi koloreko detekzioarekin lor daiteke.7c irudiko Cap1 geziek erakusten dutenez, Dye3 (urdina), Dye8 (gorria), Dye5 (berdea), Dye4 (ziana), Dye2 (morea), Dye1 (magenta) eta Dye6 (Horia) igorpen fluoreszenteak baino ez dira. ) espero den ordena kronologikoan behatzen dira.7 koloratzailearen (laranja) igorpen fluoreszenterako, gezi laranjak adierazten duen gailur bakarraz gain, beste hainbat gailur bakar ikusi ziren.Emaitza hau laginek tamaina estandarrak zituztenez, Dye7 markatutako DNA zatiak oinarri-luzera ezberdinekin.7c irudian ikusten den bezala, Cap4rako oinarri-luzera hauek 20, 40, 60, 80, 100, 114, 120, 140, 160, 180, 200, 214 eta 220 oinarri-luzerak dira.
Bederatzi koloretako espektrometroaren ezaugarri nagusiak, bi geruzako ispilu dikroikoen matrizea erabiliz garatutakoak, tamaina txikia eta diseinu sinplea dira.Irudian ageri den egokigailuaren barruan dagoen ispilu dekakromatikoen multzoa denez.3c zuzenean muntatutako irudi-sentsore-taulan (ikus S1 eta S2 irudiak), bederatzi koloretako espektrometroak egokigailuaren neurri berdinak ditu, hau da, 54 × 58 × 8,5 mm.(lodiera).Tamaina ultratxiki hau sareak edo prismak erabiltzen dituzten espektrometro konbentzionalak baino bi edo hiru magnitude ordena txikiagoa da.Horrez gain, bederatzi koloretako espektrometroa argiak irudi-sentsorearen gainazala perpendikularki jotzen duen moduan konfiguratuta dagoenez, bederatzi koloretako espektrometrorako espazioa erraz esleitu daiteke mikroskopioetan, fluxu-zitometroetan edo analizagailuetan.Sare kapilarren elektroforesi analizatzailea, sistemaren miniaturizazio handiagoa lortzeko.Aldi berean, bederatzi koloretako espektrometroan erabiltzen diren hamar ispilu dikroiko eta banda-iragazkien tamaina 10×1,9×0,5 mm edo 15×1,9×0,5 mm baino ez da.Horrela, halako 100 ispilu dikroiko txiki eta banda-iragazkia, hurrenez hurren, moztu daitezke ispilu dikroiko batetik eta 60 mm2-ko banda-iragazki batetik, hurrenez hurren.Hori dela eta, ispilu dekakromatiko sorta bat fabrikatu daiteke kostu txikian.
Bederatzi koloretako espektrometroaren beste ezaugarri bat bere ezaugarri espektral bikainak dira.Bereziki, argazkien irudi espektralak eskuratzea ahalbidetzen du, hau da, informazio espektrala duten irudiak aldi berean eskuratzea.Irudi bakoitzerako, 520 eta 700 nm-ko uhin-luzera eta 20 nm-ko bereizmena duen espektro jarraitua lortu da.Beste era batera esanda, irudi bakoitzeko bederatzi kolore-intentsitate detektatzen dira, hau da, 20 nm-ko bederatzi bandak berdin banatzen dute uhin-luzera 520 eta 700 nm-ra.Ispilu dikroikoaren eta banda-iragazkiaren ezaugarri espektralak aldatuz, bederatzi banden uhin-luzera eta banda bakoitzaren zabalera egokitu daitezke.Bederatzi kolore detekzioa irudi espektralarekin fluoreszentzia neurketetarako ez ezik (txosten honetan deskribatzen den bezala), baita irudi espektrala erabiliz beste ohiko aplikazio askotan ere erabil daiteke.Irudi hiperespektralak ehunka kolore antzeman ditzakeen arren, ikusi da kolore detektagarrien kopurua nabarmen murriztuta ere, ikus-eremuko objektu anitz identifika daitezkeela aplikazio askotarako zehaztasun nahikoarekin38,39,40.Bereizmen espazialak, bereizmen espektralak eta denborazko bereizmenak irudi espektralean konpromezua dutenez, kolore kopurua murrizteak bereizmen espaziala eta denborazko bereizmena hobetu dezake.Ikerketa honetan garatutakoa bezalako espektrometro sinpleak ere erabil ditzake eta konputazio kopurua gehiago murrizten du.
Ikerketa honetan, zortzi koloratzaile kuantifikatu ziren aldi berean, bederatzi koloreren detekzioan oinarrituta gainjarritako fluoreszentzia-espektroen bereizketa espektralaren bidez.Gehienez bederatzi koloratzaile kuantifikatu daitezke aldi berean, denboran eta espazioan elkarrekin biziz.Bederatzi koloretako espektrometroaren abantaila berezi bat argi-fluxu handia eta irekiera handia (1 × 7 mm) dira.Dekane ispiluen multzoak irekiduratik argiaren % 92ko gehienezko transmisioa du bederatzi uhin-luzera-tarteetako bakoitzean.520 eta 700 nm-ko uhin-luzera tartean argi intzidentea erabiltzearen eraginkortasuna ia % 100ekoa da.Hain uhin-luzera zabalean, difrakzio-sarerik ezin du erabileraren eraginkortasun handia eman.Nahiz eta difrakzio-sare baten difrakzio-efizientzia % 90 gainditzen duen uhin-luzera jakin batean, uhin-luzera horren eta uhin-luzera jakin baten arteko aldea handitzen den heinean, beste uhin-luzera batean difrakzio-eraginkortasuna gutxitzen da41.2c irudiko planoaren norabidearekiko irekidura-zabalera 7 mm-tik irudi-sentsorearen zabalerara heda daiteke, ikerketa honetan erabilitako irudi-sentsorearen kasuan adibidez, dekamer array apur bat aldatuz.
Bederatzi koloretako espektrometroa elektroforesi kapilarra egiteko ez ezik, ikerketa honetan erakusten den moduan, beste hainbat helburutarako ere erabil daiteke.Adibidez, beheko irudian ikusten den bezala, fluoreszentzia-mikroskopio bati bederatzi koloretako espektrometroa aplika dakioke.Laginaren planoa bederatzi koloretako espektrometroaren irudi sentsorean bistaratzen da 10x helburu baten bidez.Lente objektiboa eta irudi-sentsorearen arteko distantzia optikoa 200 mm-koa da, eta bederatzi koloretako espektrometroaren gainazal intzidentearen eta irudi-sentsorearen arteko distantzia optikoa 12 mm baino ez da.Hori dela eta, irudia intzidentzia-planoko irekiduraren (1 × 7 mm) gutxi gorabehera moztu zen eta bederatzi koloretako iruditan banatu zen.Hau da, bederatzi koloretako argazki baten irudi espektrala atera daiteke laginaren planoan 0,1×0,7 mm-ko eremuan.Horrez gain, laginaren planoan eremu handiago baten bederatzi koloreko irudi espektral bat lor daiteke 2c irudiko noranzko horizontalean objektiboarekiko lagina eskaneatuz.
Ispilu dekakromatikoen osagaiak, hots, M1-M9 eta BP, Asahi Spectra Co., Ltd.-k neurrira egin zituen prezipitazio-metodo estandarrak erabiliz.Geruza anitzeko material dielektrikoak banan-banan aplikatu ziren 60 × 60 mm-ko tamaina eta 0,5 mm-ko lodierako hamar kuartzozko plaketan, baldintza hauek betez: M1: IA = 45°, R ≥ % 90 520–590 nm-tan, Tave ≥ % 90 610– 610– 610 nm.700 nm, M2: IA = 45°, R ≥ % 90 520–530 nm, Tave ≥ % 90 550–600 nm, M3: IA = 45°, R ≥ % 90 540–550 nm, Tave ≥ 90 % 570–600 nm, M4: IA = 45°, R ≥ % 90 560–570 nm, Tave ≥ % 90 590–600 nm, M5: IA = 45°, R ≥ % 98 580–600 nm , R ≥ % 98 680-700 nm-tan, M6: IA = 45°-tan, Tave ≥ % 90 600-610 nm-tan, R ≥ % 90 630-700 nm-tan, M7: IA = 45°-tan, R ≥ 90 nm-tan 620–630 nm, Taw ≥ % 90 650–700 nm, M8: IA = 45°, R ≥ % 90 640–650 nm, Taw ≥ % 90 670–700 nm, M9: IA = 45°, ≥ % 90 650-670 nm-tan, Tave ≥ % 90 690-700 nm-tan, BP: IA = 0°, T ≤ % 0,01 505 nm-tan, Tave ≥ % 95 530-690 nm-tan 530-690 nm-tan T ≥ 530 nm-tan -690 nm-tan eta T ≤ % 1 725-750 nm-tan, non IA, T, Tave eta R intzidentzia-angelua, transmisioa, batez besteko transmisioa eta polarizatu gabeko argiaren isladapena diren.
LED argi-iturri batek (AS 3000, AS ONE CORPORATION) 400-750 nm-ko uhin-luzera duen argi zuria (C0) kolimatu eta ispilu dikroikoen multzo baten DP-an bertikalki inguratu zen.LEDen argi zuriaren espektroa S3 irudi osagarrian agertzen da.Jarri depositu akriliko bat (150 × 150 × 30 mm-ko neurriak) dekamera ispilu-matrizearen aurrean, PSUaren parean.Izotz lehorra uretan murgiltzean sortutako kea akriliko depositu batera isurtzen zen, ispilu dekakromatikoen multzotik ateratzen ziren bederatzi koloreko C1-C9 zatitutako korronteak behatzeko.
Bestela, argi zuri kolimatua (C0) iragazki batetik pasatzen da DPra sartu aurretik.Iragazkiak jatorriz 0,6ko dentsitate optikoa zuten dentsitate neutroko iragazkiak ziren.Ondoren, erabili motordun iragazkia (FW212C, FW212C, Thorlabs).Azkenik, piztu berriro ND iragazkia.Bederatzi banda-iragazkien banda-zabalerak C9, C8, C7, C6, C5, C4, C3, C2 eta C1-i dagozkie, hurrenez hurren.40 (luzera optikoa) x 42,5 (altuera) x 10 mm (zabalera) barneko dimentsioak dituen kuartzozko zelula bat ispilu dekokromatiko multzo baten aurrean jarri zen, BPren parean.Ondoren, kea hodi baten bidez kuartzo-zelulan sartzen da kuartzo-zelulan kearen kontzentrazioa mantentzeko, ispilu dekakromatiko-matrizetik ateratzen diren bederatzi koloreko C1-C9 zatitutako korronteak ikusteko.
Ispilu dekaniko sorta batetik ateratzen den bederatzi koloretako argi-korrontearen bideoa time-lapse moduan grabatu zen iPhone XS-n.Atera eszenaren irudiak 1 fps-n eta konpilatu irudiak 30 fps-ko bideoa sortzeko (aukerako 1. bideorako) edo 24 fps-ko (aukerako 2. eta 3. bideoetarako).
Jarri 50 µm-ko lodiera duen altzairu herdoilgaitzezko plaka (50 µm-ko diametroko lau zulo dituena 1 mm-ko tarteetan) difusio-plakan.400-750 nm-ko uhin-luzera duen argia difusore-plakaren gainean irradiatzen da, lanpara halogeno baten argia 700 nm-ko ebaki-luzera duen transmisio-iragazki laburretik igaroz lortzen dena.Argi-espektroa S4 irudi osagarrian agertzen da.Bestela, argia 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670 eta 690 nm-tan zentratutako 10 nm-ko banda-iragazkietako batetik igarotzen da eta plaka difusorearen aurka jotzen du.Ondorioz, φ50 μm-ko diametroa eta uhin-luzera ezberdineko lau erradiazio-puntu sortu ziren altzairu herdoilgaitzezko xafla batean, plaka difusorearen parean.
Lau lente dituen lau kapilar multzo bat bederatzi koloreko espektrometro batean muntatzen da, 1 eta 2. Irudietan ikusten den moduan. C1 eta C2.Lau kapilarrak eta lau lenteak aurreko ikerketetako berdinak ziren31,34.505 nm-ko uhin-luzera eta 15 mW-ko potentzia duen laser izpi bat irradiatzen da aldi berean eta uniformeki albotik lau kapilarren igorpen-puntuetara.Igorpen-puntu bakoitzak igortzen duen fluoreszentzia dagokion lentearen bidez kolimatuta dago eta bederatzi kolore-korrontetan bereizten da ispilu dekakromatikoen multzo baten bidez.Ondorioz, 36 korronte zuzenean CMOS irudi sentsore batean injektatu ziren (C11440–52U, Hamamatsu Photonics K·K.), eta haien irudiak aldi berean grabatu ziren.
ABI PRISM® BigDye® Primer Cycle Sequencing Ready Reaction Kit (Applied Biosystems), 4 µl GeneScan™ 600 LIZ™ tindagai kapilar bakoitzeko 1 µl PowerPlex® 6C Matrix Standard (Promega Corporation), 1 µl nahasketa-tamaina estandarra nahastuz.v2.0 (Thermo Fisher Scientific) eta 14 µl ur.PowerPlex® 6C Matrix Estandarra sei koloratzailerekin etiketatutako sei DNA zatiz osatuta dago: FL-6C, JOE-6C, TMR-6C, CXR-6C, TOM-6C eta WEN, gehienezko uhin-luzeraren arabera.DNA zati horien oinarri-luzerak ez dira azaltzen, baina WEN, CXR-6C, TMR-6C, JOE-6C, FL-6C eta TOM-6C-rekin etiketatutako DNA zatien oinarri-luzera sekuentzia ezagutzen da.ABI PRISM® BigDye® Primer Cycle Sequencing Ready Reaction Kit-ko nahasketak dR6G koloratzailearekin etiketatutako DNA zati bat dauka.DNA zatien oinarrien luzerak ere ez dira azaltzen.GeneScan™ 600 LIZ™ Dye Size Standard v2.0-k LIZ markatutako 36 DNA zati ditu.DNA zati horien oinarri-luzerak 20, 40, 60, 80, 100, 114, 120, 140, 160, 180, 200, 214, 220, 240, 250, 260, 280, 300, 300, 300, 400, 300, 300, 300, 300, 300, 300, 300, 300, 300, 300, 300, 300, 300, 300, 300, 300 360, 380, 400, 414, 420, 440, 460, 480, 500, 514, 520, 540, 560, 580 eta 600 oinarria.Laginak 94 °C-tan desnaturalizatu ziren 3 minutuz, ondoren izotzetan hoztu ziren 5 minutuz.Laginak kapilar bakoitzean 26 V/cm-tan injektatu ziren 9 s eta POP-7™ polimero-disoluzio batekin (Thermo Fisher Scientific) betetako kapilar bakoitzean bereizi ziren 36 cm-ko luzera eraginkorra eta 181 V/cm-ko tentsioa eta 60°-ko angelua.HANDIK.
Ikerketa honetan lortutako edo aztertutako datu guztiak argitaratutako artikulu honetan eta bere informazio gehigarrian jasotzen dira.Ikerketa honetarako garrantzitsuak diren beste datu batzuk dagozkien egileengandik eskura daitezke, arrazoizko eskaera eginda.
Khan, MJ, Khan, HS, Yousaf, A., Khurshid, K. eta Abbas, A. Gaur egungo joerak irudi hiperespektralaren analisian: berrikuspena.Sartu IEEE 6, 14118–14129.https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2812999 (2018).
Vaughan, AH Fabry-Perot Spectroscopy Astronomical Interferometric.instalatu.Astron erreverendoa.astrofisika.5, 139-167.https://doi.org/10.1146/annurev.aa.05.090167.001035 (1967).
Goetz, AFH, Wein, G., Solomon, JE eta Rock, BN Spectroscopy of Earth teledetekzioko irudiak.Zientzia 228, 1147–1153.https://doi.org/10.1126/science.228.4704.1147 (1985).
Yokoya, N., Grohnfeldt, C. eta Chanussot, J. Fusion of hyperspectral and multispectral data: azken argitalpenen azterketa konparatiboa.IEEE Lurraren Zientziak.Teledetekzioaren aldizkaria.5:29–56.https://doi.org/10.1109/MGRS.2016.2637824 (2017).
Gowen, AA, O'Donnell, SP, Cullen, PJ, Downey, G. eta Frias, JM Hyperspectral imaging kalitatea kontrolatzeko eta elikagaien segurtasunerako tresna analitiko berria da.Elikagaien zientziaren joerak.teknologia.18, 590-598.https://doi.org/10.1016/j.tifs.2007.06.001 (2007).
ElMasri, G., Mandour, N., Al-Rejaye, S., Belin, E. eta Rousseau, D. Hazien fenotipoa eta kalitatea kontrolatzeko irudi anitzeko espektroen azken aplikazioak - berrikuspena.Sentsoreak 19, 1090 (2019).
Liang, H. Arkeologiarako eta Artearen kontserbaziorako irudi anitzeko eta hiperespektraleko aurrerapenak.Eskatu 106, 309–323 fisikoa.https://doi.org/10.1007/s00339-011-6689-1 (2012).
Edelman GJ, Gaston E., van Leeuwen TG, Cullen PJ eta Alders MKG Irudi hiperespektralak forentse aztarnen ukipenik gabeko analisirako.Kriminalistika.barne 223, 28-39.https://doi.org/10.1016/j.forsciint.2012.09.012 (2012).