нерѓосувачки челик 321 8*1.2 намотана цевка за разменувач на топлина

Капиларни цевки

Ви благодариме што ја посетивте Nature.com.Користите верзија на прелистувач со ограничена поддршка за CSS.За најдобро искуство, препорачуваме да користите ажуриран прелистувач (или да го оневозможите режимот на компатибилност во Internet Explorer).Покрај тоа, за да обезбедиме постојана поддршка, ја прикажуваме страницата без стилови и JavaScript.
Прикажува рингишпил од три слајдови одеднаш.Користете ги копчињата Previous и Next за да се движите низ три слајдови истовремено или користете ги копчињата за лизгање на крајот за да се движите низ три слајдови истовремено.
Беше развиен ултракомпактен (54 × 58 × 8,5 mm) и спектрометар со девет бои со широк отвор (1 × 7 mm), „поделен на два“ ​​со низа од десет дихроични огледала, што се користеше за моментално спектрално сликање.Упадниот светлосен флукс со пресек помал од големината на отворот е поделен на континуирана лента широка 20 nm и девет флуксови во боја со централни бранови должини од 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670 и 690 nm.Сликите од девет текови во боја истовремено ефикасно се мерат со сензорот за слика.За разлика од конвенционалните низи со дихроични огледала, развиената низа со дихроични огледала има уникатна дводелна конфигурација, која не само што го зголемува бројот на бои што можат да се мерат истовремено, туку и ја подобрува резолуцијата на сликата за секој тек на бои.Развиениот спектрометар со девет бои се користи за електрофореза со четири капилари.Симултана квантитативна анализа на осум бои кои мигрираат истовремено во секој капилар користејќи ласерски индуцирана флуоресценција со девет бои.Бидејќи спектрометарот со девет бои не е само ултра мал и ефтин, туку има и висок прозрачен флукс и доволна спектрална резолуција за повеќето апликации за спектрално сликање, тој може да биде широко користен во различни полиња.
Хиперспектралните и мултиспектралните слики станаа важен дел од астрономијата2, далечинското сензорирање за набљудување на Земјата3,4, контролата на квалитетот на храната и водата5,6, конзервацијата на уметноста и археологијата7, форензиката8, хирургијата9, биомедицинската анализа и дијагностика10,11 итн. Поле 1 Неопходна технологија ,12,13.Методите за мерење на спектарот на светлината емитирана од секоја точка на емисија во видното поле се поделени на (1) скенирање на точки („метла“)14,15, (2) линеарно скенирање („паника“)16,17,18 , (3) должина скенира бранови19,20,21 и (4) слики22,23,24,25.Во случајот на сите овие методи, просторната резолуција, спектралната резолуција и временската резолуција имаат компромисен однос9,10,12,26.Дополнително, излезот на светлината има значително влијание врз чувствителноста, т.е. односот сигнал-шум во спектралното сликање26.Светлосниот флукс, односно ефикасноста на користењето на светлината, е директно пропорционална со односот на вистинското измерено количество светлина на секоја светлечка точка по единица време до вкупната количина на светлина од измерениот опсег на бранова должина.Категоријата (4) е соодветен метод кога интензитетот или спектарот на светлината емитирана од секоја емитирана точка се менува со текот на времето или кога позицијата на секоја емитирана точка се менува со текот на времето бидејќи спектарот на светлина што е емитиран од сите точки на емитување се мери истовремено.24.
Повеќето од горенаведените методи се комбинираат со големи, сложени и/или скапи спектрометри користејќи 18 решетки или 14, 16, 22, 23 призми за класите (1), (2) и (4) или 20, 21 филтер дискови, филтри за течност .Кристални приспособливи филтри (LCTF)25 или акусто-оптички филтри со можност за прилагодување (AOTF)19 од категоријата (3).Спротивно на тоа, спектрометрите со повеќе огледало од категоријата (4) се мали и ефтини поради нивната едноставна конфигурација27,28,29,30.Покрај тоа, тие имаат висок прозрачен флукс затоа што светлината што ја дели секое дихроично огледало (односно, пренесената и рефлектираната светлина на упадната светлина на секое дихроично огледало) се користи целосно и континуирано.Меѓутоа, бројот на појаси на бранова должина (т.е. бои) што мора да се мерат истовремено е ограничен на околу четири.
Спектралната слика базирана на детекција на флуоресценција најчесто се користи за мултиплексна анализа во биомедицинското детекција и дијагностика 10, 13 .Во мултиплексирањето, бидејќи повеќе аналити (на пр., специфична ДНК или протеини) се означени со различни флуоресцентни бои, секој аналит присутен во секоја емисиона точка во видното поле се квантифицира со помош на повеќекомпонентна анализа.32 го разложува откриениот флуоресцентен спектар што е емитиран од секоја точка на емисија.За време на овој процес, различни бои, од кои секоја емитува различна флуоресценција, може да се колокализираат, односно коегзистираат во просторот и времето.Во моментов, максималниот број на бои што можат да се возбудат со еден ласерски зрак е осум33.Оваа горна граница не се определува со спектралната резолуција (т.е. бројот на бои), туку од ширината на спектарот на флуоресценција (≥50 nm) и количината на бојата Стоукс поместување (≤200 nm) на FRET (со користење на FRET)10 .Меѓутоа, бројот на бои мора да биде поголем или еднаков на бројот на бои за да се елиминира спектралното преклопување на мешаните бои31,32.Затоа, потребно е да се зголеми бројот на истовремено измерени бои на осум или повеќе.
Неодамна, развиен е ултра-компактен хептахроичен спектрометар (со користење на низа од хептихроични огледала и сензор за слика за мерење на четири флуоресцентни флуксови).Спектрометарот е два до три реда на големина помал од конвенционалните спектрометри кои користат решетки или призми34,35.Сепак, тешко е да се постават повеќе од седум дихроични огледала во спектрометар и истовремено да се измерат повеќе од седум бои36,37.Со зголемување на бројот на дихроични огледала, максималната разлика во должините на оптичките патеки на дихроичните светлосни флуксови се зголемува и станува тешко да се прикажат сите светлосни текови на една сетилна рамнина.Се зголемува и должината на најдолгата оптичка патека на светлосниот флукс, така што ширината на отворот на спектрометарот (т.е. максималната ширина на светлината што ја анализира спектрометарот) се намалува.
Како одговор на горенаведените проблеми, развиен е ултра-компактен спектрометар со девет бои со двослојна „дихроична“ декахроматска низа на огледала и сензор за слика за моментално спектрално сликање [категорија (4)].Во споредба со претходните спектрометри, развиениот спектрометар има помала разлика во максималната должина на оптичката патека и помала максимална должина на оптичката патека.Применет е на четирикапиларна електрофореза за да се открие ласерски индуцирана флуоресценција со девет бои и да се квантификува истовремената миграција на осум бои во секој капилар.Бидејќи развиениот спектрометар не е само ултра мал и ефтин, туку има и висок прозрачен флукс и доволна спектрална резолуција за повеќето апликации за спектрално сликање, тој може да биде широко користен во различни полиња.
Традиционалниот спектрометар со девет бои е прикажан на сл.1а.Неговиот дизајн го следи оној на претходниот ултра-мал спектрометар со седум бои 31. Се состои од девет дихроични огледала распоредени хоризонтално под агол од 45° надесно, а сензорот за слика (S) се наоѓа над деветте двохроични огледала.Светлината што влегува одоздола (C0) е поделена со низа од девет дихроични огледала на девет светлосни текови кои се движат нагоре (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 и C9).Сите девет текови на бои се внесуваат директно до сензорот за слика и се откриваат истовремено.Во оваа студија, C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 и C9 се по редослед на бранова должина и се претставени со магента, виолетова, сина, цијан, зелена, жолта, портокалова, црвено-портокалова и црвено, соодветно.Иако овие ознаки на бои се користат во овој документ, како што е прикажано на слика 3, бидејќи тие се разликуваат од вистинските бои што ги гледа човечкото око.
Шематски дијаграми на конвенционални и нови спектрометри со девет бои.(а) Конвенционален спектрометар со девет бои со низа од девет дихроични огледала.(б) Нов спектрометар со девет бои со двослојна дихроична огледална низа.Упадниот светлосен флукс C0 е поделен на девет обоени светлосни текови C1-C9 и детектиран од сензорот за слика S.
Развиениот нов спектрометар со девет бои има двослојна решетка со двослојно огледало и сензор за слика, како што е прикажано на сл. 1б.Во долниот слој, пет двохроични огледала се навалени 45° надесно, порамнети надесно од центарот на низата декамери.На горното ниво, пет дополнителни двохроични огледала се навалени 45° налево и се наоѓаат од центарот кон лево.Најлевото двохроично огледало на долниот слој и најдесното двохроично огледало на горниот слој се преклопуваат едно со друго.Упадниот светлосен флукс (C0) е поделен одоздола на четири излезни хроматски флуксови (C1-C4) со пет дихроични огледала на десната страна и пет излезни хроматски флуксови (C5-C4) со пет двохроични огледала на левата C9.Како и конвенционалните спектрометри со девет бои, сите девет текови на бои директно се вбризгуваат во сензорот за слика (S) и се детектираат истовремено.Споредувајќи ги сликите 1а и 1б, може да се види дека во случајот на новиот спектрометар со девет бои, максималната разлика и должината на најдолгата оптичка патека на деветте флуксови на бои се преполовени.
Деталната конструкција на ултра-мала двослојна низа од двојни огледала 29 mm (ширина) × 31 mm (длабочина) × 6 mm (висина) е прикажана на слика 2. (M1-M5) и пет дихроични ретровизори лево (M6-M9 и уште еден M5), секое дихроично огледало е фиксирано во горниот алуминиумски држач.Сите дихроични огледала се влечкаат за да се компензира за паралелно поместување поради прекршување на протокот низ огледалата.Под М1, фиксиран е пропусниот филтер (BP).Димензиите M1 и BP се 10mm (долга страна) x 1.9mm (кратка страна) x 0.5mm (дебелина).Димензиите на преостанатите дихроични огледала се 15 mm × 1,9 mm × 0,5 mm.Наклонот на матрицата помеѓу M1 и M2 е 1,7 mm, додека наклонот на матрицата кај другите двохроични огледала е 1,6 mm.На сл.2c го комбинира упадниот светлосен флукс C0 и девет обоени светлосни текови C1-C9, разделени со декоморна матрица од огледала.
Изградба на двослојна двослојна огледална матрица.(а) Преглед на перспектива и (б) приказ на попречен пресек на двослојна дихроична огледална низа (димензии 29 mm x 31 mm x 6 mm).Се состои од пет дихроични огледала (M1-M5) сместени во долниот слој, пет дихроични огледала (M6-M9 и уште еден M5) сместени во горниот слој и пропусен филтер (BP) сместен под M1.(в) Поглед на попречен пресек во вертикална насока, со преклопување C0 и C1-C9.
Ширината на отворот во хоризонтална насока, означена со ширината C0 на слика 2, c, е 1 mm, а во насока нормална на рамнината на слика 2, c, дадена со дизајнот на алуминиумската заграда, – 7 мм.Односно, новиот спектрометар со девет бои има голема големина на отворот од 1 mm × 7 mm.Оптичката патека на C4 е најдолгата меѓу C1-C9, а оптичката патека на C4 во внатрешноста на низата на дихроични огледала, поради горенаведената ултра мала големина (29 mm × 31 mm × 6 mm), е 12 mm.Во исто време, должината на оптичката патека на C5 е најкратка меѓу C1-C9, а должината на оптичката патека на C5 е 5,7 mm.Затоа, максималната разлика во должината на оптичката патека е 6,3 mm.Горенаведените должини на оптичките патеки се коригираат за должината на оптичката патека за оптички пренос на M1-M9 и BP (од кварц).
Спектралните својства на М1−М9 и VR се пресметани така што флуксите С1, С2, С3, С4, С5, С6, С7, С8 и С9 се во опсегот на бранова должина 520–540, 540–560, 560–580, 580 -600, 600-620, 620-640, 640-660, 660-680 и 680-700 nm, соодветно.
Фотографија од произведената матрица на декахроматски огледала е прикажана на Сл. 3а.M1-M9 и BP се залепени на наклонот од 45° и хоризонталната рамнина на алуминиумската потпора, соодветно, додека M1 и BP се скриени на задната страна на сликата.
Изработка на низа од огледала декан и нејзина демонстрација.(а) Низа изработени декахроматски огледала.(б) Слика со поделена девет бои од 1 mm × 7 mm проектирана на лист хартија поставена пред низа декахроматски огледала и позадинско осветлување со бела светлина.(в) Низа декохроматски огледала осветлени со бела светлина одзади.(г) Проток од девет бои што произлегува од низата на огледала од декан, забележан со поставување на акрилен канистер исполнет со чад пред низата од декане огледало на c и со затемнување на просторијата.
Измерените преносни спектри на M1-M9 C0 под агол на инциденца од 45° и измерениот преносен спектар на BP C0 под агол на инциденца од 0° се прикажани на сл.4а.Спектрите на пренос на C1-C9 во однос на C0 се прикажани на сл.4б.Овие спектри беа пресметани од спектрите на Сл.4а во согласност со оптичката патека C1-C9 на сл. 4а.1б и 2в.На пример, 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)], каде што TS (X) и [ 1 − TS(X)] се спектрите на пренос и рефлексија на X, соодветно.Како што е прикажано на слика 4б, пропусните опсег (пропусен опсег ≥50%) на C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 и C9 се 521-540, 541-562, 563-580, 581-602, 603 -623, 624-641, 642-657, 659-680 и 682-699 nm.Овие резултати се во согласност со развиените опсези.Покрај тоа, ефикасноста на искористување на светлината C0 е висока, односно просечната максимална пропустливост на светлината C1-C9 е 92%.
Спектри на пренос на дихроично огледало и поделен тек од девет бои.(а) Измерени преносни спектри на M1-M9 при инциденца од 45° и БП со инциденца од 0°.(б) Спектри на пренос на C1-C9 во однос на C0 пресметани од (а).
На сл.3в, низата на дихроични огледала се наоѓа вертикално, така што нејзината десна страна на Сл. 3а е горната страна, а белиот зрак на усогласената LED (C0) е позадинско осветлување.Низата декахроматски огледала прикажана на Слика 3а е монтирана во адаптер од 54 mm (висина) × 58 mm (длабочина) × 8,5 mm (дебелина).На сл.3d, покрај состојбата прикажана на сл.3в, акрилен резервоар исполнет со чад беше поставен пред низа декохроматски огледала, со исклучени светла во просторијата.Како резултат на тоа, во резервоарот се видливи девет дихроични потоци, кои произлегуваат од низа декахроматски огледала.Секој поделен тек има правоаголен пресек со димензии од 1 × 7 mm, што одговара на големината на отворот на новиот спектрометар со девет бои.На Слика 3б, лист хартија е поставен пред низата двохроични огледала на Слика 3в, а од правецот на движење на хартијата се забележува слика од девет дихроични струи со димензии 1 x 7 mm, проектирани на хартијата.потоци.Деветте текови за раздвојување бои на сл.3b и d се C4, C3, C2, C1, C5, C6, C7, C8 и C9 од врвот до дното, што може да се види и на сликите 1 и 2. 1b и 2c.Тие се забележани во бои што одговараат на нивните бранови должини.Поради слабиот интензитет на белата светлина на ЛЕР (види Дополнителна слика S3) и чувствителноста на камерата во боја што се користи за снимање C9 (682–699 nm) на сл. Другите текови на разделување се слаби.Слично на тоа, C9 беше слабо видлив со голо око.Во меѓувреме, C2 (вториот поток од врвот) изгледа зелено на Слика 3, но изгледа пожолто на голо око.
Преминот од Слика 3в на г е прикажан во дополнителното видео 1. Веднаш откако белата светлина од ЛЕР ќе помине низ декахроматската низа на огледало, таа истовремено се дели на девет текови на бои.На крајот, чадот во тенџерето постепено се растураше од врвот до дното, така што и деветте обоени прашоци исчезнаа од врвот до дното.Спротивно на тоа, во Дополнителниот видео 2, кога брановата должина на светлосниот флукс што се спушта на низата декахроматски огледала беше променета од долга на кратка во редот од 690, 671, 650, 632, 610, 589, 568, 550 и 532 nm ., Се прикажуваат само соодветните поделени текови од деветте поделени текови по редослед на C9, C8, C7, C6, C5, C4, C3, C2 и C1.Акрилниот резервоар е заменет со кварцен базен, а снегулките на секој шантовиран тек може јасно да се забележат од наведната насока нагоре.Дополнително, под-видеото 3 се уредува така што делот за промена на брановата должина од под-видеото 2 се репродуцира.Ова е најелоквентен израз на карактеристиките на декохроматската низа на огледала.
Горенаведените резултати покажуваат дека произведената декахроматска низа на огледала или новиот спектрометар со девет бои функционира како што е предвидено.Новиот спектрометар со девет бои е формиран со монтирање на низа од декахроматски огледала со адаптери директно на таблата со сензор за слика.
Светлосен флукс со опсег на бранова должина од 400 до 750 nm, емитиран од четири точки на зрачење φ50 μm, лоцирани во интервали од 1 mm во насока нормална на рамнината на сл. 2в, соодветно Истражувања 31, 34. Низата со четири леќи се состои од четири леќи φ1 mm со фокусна должина од 1,4 mm и чекор од 1 mm.Четири усогласени струи (четири C0) се склопуваат на DP на нов спектрометар со девет бои, распоредени во интервали од 1 mm.Низа од дихроични огледала го дели секој поток (C0) на девет текови на бои (C1-C9).Добиените 36 струи (четири комплети C1-C9) потоа се вбризгуваат директно во CMOS (S) сензор за слика директно поврзан со низа дихроични огледала.Како резултат на тоа, како што е прикажано на слика 5а, поради малата максимална разлика во оптичката патека и кратката максимална оптичка патека, сликите од сите 36 струи беа откриени истовремено и јасно со иста големина.Според низводните спектри (види дополнителна слика S4), интензитетот на сликата на четирите групи C1, C2 и C3 е релативно низок.Триесет и шест слики беа со големина од 0,57 ± 0,05 mm (средна вредност ± SD).Така, зголемувањето на сликата беше во просек 11,4.Вертикалното растојание помеѓу сликите е во просек 1 mm (исто растојание како низата на објективот) и хоризонталното растојание во просек 1,6 mm (истото растојание како низата со двојни огледала).Бидејќи големината на сликата е многу помала од растојанието помеѓу сликите, секоја слика може да се мери независно (со слаб разговор).Во меѓувреме, сликите од дваесет и осум струи снимени со конвенционалниот спектрометар со седум бои користен во нашата претходна студија се прикажани на сл. 5 Б. Низата од седум дихроични огледала е создадена со отстранување на двете најдесни дихроични огледала од низата од девет дихроични огледала на слика 1а.Не сите слики се остри, големината на сликата се зголемува од C1 до C7.Дваесет и осум слики се со големина од 0,70 ± 0,19 mm.Така, тешко е да се одржи висока резолуција на сите слики.Коефициентот на варијација (CV) за големината на сликата 28 на Слика 5б беше 28%, додека CV за големината на сликата 36 на Слика 5а се намали на 9%.Горенаведените резултати покажуваат дека новиот спектрометар со девет бои не само што го зголемува бројот на истовремено измерени бои од седум на девет, туку има и висока резолуција на сликата за секоја боја.
Споредба на квалитетот на поделената слика формирана од конвенционални и нови спектрометри.(а) Четири групи од слики одвоени со девет бои (C1-C9) генерирани од новиот спектрометар со девет бои.(б) Четири групи одвоени слики со седум бои (C1-C7) формирани со конвенционален спектрометар со седум бои.Флуксите (C0) со бранови должини од 400 до 750 nm од четири емисиони точки се усогласуваат и паѓаат на секој спектрометар, соодветно.
Спектралните карактеристики на спектрометарот со девет бои беа оценети експериментално, а резултатите од евалуацијата се прикажани на слика 6. Имајте предвид дека сликата 6а ги прикажува истите резултати како и сликата 5a, односно на бранови должини од 4 C0 400-750 nm, сите 36 слики се откриени (4 групи C1-C9).Напротив, како што е прикажано на сл. 6b–j, кога секој C0 има специфична бранова должина од 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670 или 690 nm, има речиси само четири соодветни слики (четири групи откриени C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 или C9).Сепак, некои од сликите во непосредна близина на четирите соодветни слики се многу слабо откриени бидејќи спектрите на пренос C1-C9 прикажани на Сл. 4б малку се преклопуваат и секој C0 има опсег од 10 nm на одредена бранова должина како што е опишано во методот.Овие резултати се конзистентни со спектрите на пренос C1-C9 прикажани на Сл.4б и дополнителни видеа 2 и 3. Со други зборови, деветиот спектрометар на бои работи како што се очекува врз основа на резултатите прикажани на сл.4б.Затоа, се заклучува дека распределбата на интензитетот на сликата C1-C9 е спектарот на секој C0.
Спектрални карактеристики на спектрометар со девет бои.Новиот спектрометар со девет бои генерира четири групи од слики одвоени со девет бои (C1-C9) кога упадната светлина (четири C0) има бранова должина од (а) 400-750 nm (како што е прикажано на Слика 5а), (б) 530 nm.nm, (в) 550 nm, (г) 570 nm, (д) ​​590 nm, (ѓ) 610 nm, (g) 630 nm, (h) 650 nm, (i) 670 nm, (j) 690 nm, соодветно.
Развиениот спектрометар со девет бои се користеше за електрофореза со четири капилари (за детали, видете Дополнителни материјали)31,34,35.Матрицата со четири капилари се состои од четири капилари (надворешен дијаметар 360 μm и внатрешен дијаметар 50 μm) лоцирани во интервали од 1 mm на местото на ласерско зрачење.Примероците кои содржат фрагменти од ДНК означени со 8 бои, имено FL-6C (боја 1), JOE-6C (боја 2), dR6G (боја 3), TMR-6C (боја 4), CXR-6C (боја 5), TOM- 6C (боја 6), LIZ (боја 7) и WEN (боја 8) по растечки редослед по флуоресцентна бранова должина, одделени во секој од четирите капилари (во понатамошниот текст Cap1, Cap2, Cap3 и Cap4).Флуоресценцијата индуцирана со ласер од Cap1-Cap4 беше усогласена со низа од четири леќи и истовремено снимена со спектрометар со девет бои.Динамиката на интензитет на флуоресценцијата со девет бои (C1-C9) за време на електрофореза, односно електрофореграм со девет бои на секој капилар, е прикажана на сл. 7а.Еквивалентен електрофореграм со девет бои се добива во Cap1-Cap4.Како што е прикажано со стрелките Cap1 на Слика 7а, осумте врвови на секој електрофореграм со девет бои покажуваат една флуоресцентна емисија од Dye1-Dye8, соодветно.
Симултана квантификација на осум бои со помош на спектрометар за електрофореза со девет бои со четири капилари.(а) Електрофореграм со девет бои (C1-C9) на секој капилар.Осумте врвови означени со стрелките Cap1 покажуваат индивидуални флуоресцентни емисии на осум бои (Dye1-Dye8).Боите на стрелките одговараат на боите (б) и (в).(б) Флуоресцентни спектри од осум бои (Dye1-Dye8) по капилар.в Електроферограми од осум бои (Dye1-Dye8) по капилар.Врвовите на фрагментите на ДНК означени со Dye7 се означени со стрелки, а нивните должини на базата Cap4 се означени.
Дистрибуциите на интензитетот на C1-C9 на осум врвови се прикажани на сл.7б, соодветно.Бидејќи и C1-C9 и Dye1-Dye8 се по редослед на бранова должина, осумте распределби на Сл. 7б ги прикажуваат флуоресцентните спектри на Dye1-Dye8 секвенцијално од лево кон десно.Во оваа студија, Dye1, Dye2, Dye3, Dye4, Dye5, Dye6, Dye7 и Dye8 се појавуваат во магента, виолетова, сина, цијан, зелена, жолта, портокалова и црвена, соодветно.Забележете дека боите на стрелките на слика 7а одговараат на боите на бојата на сл. 7б.Интензитетот на флуоресценцијата C1-C9 за секој спектар на Слика 7б беше нормализиран така што нивниот збир е еднаков.Осум еквивалентни флуоресцентни спектри беа добиени од Cap1-Cap4.Може јасно да се набљудува спектралното преклопување на флуоресценцијата помеѓу бојата 1-боја 8.
Како што е прикажано на слика 7в, за секој капилар, електрофореграмот со девет бои на Слика 7а беше претворен во електроферограм со осум бои со повеќекомпонентна анализа врз основа на осумте флуоресцентни спектри на Слика 7б (видете Дополнителни материјали за детали).Бидејќи спектралното преклопување на флуоресценцијата на Слика 7а не е прикажано на Слика 7в, Dye1-Dye8 може да се идентификува и квантифицира поединечно во секоја временска точка, дури и ако различни количини на Dye1-Dye8 флуоресираат во исто време.Ова не може да се направи со традиционалното откривање со седум бои31, но може да се постигне со развиеното детекција со девет бои.Како што е прикажано со стрелките Cap1 на Сл. 7в, само флуоресцентните емисиони синглови Dye3 (сина), Dye8 (црвена), Dye5 (зелена), Dye4 (цијан), Dye2 (виолетова), Dye1 (магента) и Dye6 (жолта ) се запазени по очекуваниот хронолошки редослед.За флуоресцентната емисија на боја 7 (портокалова), покрај единечниот врв означен со портокаловата стрелка, забележани се и неколку други единечни врвови.Овој резултат се должи на фактот дека примероците содржеле стандарди за големина, Dye7 означени фрагменти на ДНК со различни должини на базите.Како што е прикажано на слика 7в, за Cap4 овие базни должини се 20, 40, 60, 80, 100, 114, 120, 140, 160, 180, 200, 214 и 220 должини на базите.
Главните карактеристики на спектрометарот со девет бои, развиен со помош на матрица од двослојни дихроични огледала, се малата големина и едноставниот дизајн.Бидејќи низата декахроматски огледала во внатрешноста на адаптерот е прикажана на сл.3c поставен директно на таблата со сензор за слика (види слика S1 и S2), спектрометарот со девет бои ги има истите димензии како и адаптерот, т.е. 54 × 58 × 8,5 mm.(дебелина) .Оваа ултра мала големина е два до три реда на големина помала од конвенционалните спектрометри кои користат решетки или призми.Дополнително, бидејќи спектрометарот со девет бои е конфигуриран така што светлината ја погодува површината на сензорот за слика нормално, лесно може да се распредели простор за спектрометарот со девет бои во системи како што се микроскопи, цитометри на проток или анализатори.Анализатор за електрофореза со капиларна решетка за уште поголема минијатуризација на системот.Во исто време, големината на десет дихроични огледала и пропусни филтри што се користат во спектрометарот со девет бои е само 10×1,9×0,5 mm или 15×1,9×0,5 mm.Така, повеќе од 100 такви мали двохроични огледала и пропусни филтри, соодветно, може да се исечат од дихроично огледало и пропусен филтер од 60 mm2, соодветно.Затоа, низа декахроматски огледала може да се произведе по ниска цена.
Друга карактеристика на спектрометарот со девет бои се неговите одлични спектрални карактеристики.Конкретно, овозможува стекнување на спектрални слики на снимки, односно истовремено стекнување на слики со спектрални информации.За секоја слика, добиен е континуиран спектар со опсег на бранова должина од 520 до 700 nm и резолуција од 20 nm.Со други зборови, за секоја слика се детектираат девет интензитети на боја на светлина, односно девет појаси од 20 nm кои подеднакво го делат опсегот на бранова должина од 520 до 700 nm.Со менување на спектралните карактеристики на дихроичното огледало и пропусниот филтер, опсегот на брановата должина на деветте ленти и ширината на секоја лента може да се прилагодат.Откривањето на девет бои може да се користи не само за мерења на флуоресценција со спектрално сликање (како што е опишано во овој извештај), туку и за многу други вообичаени апликации користејќи спектрално сликање.Иако хиперспектралната слика може да открие стотици бои, откриено е дека дури и со значително намалување на бројот на забележливи бои, повеќе објекти во видното поле може да се идентификуваат со доволна точност за многу апликации38,39,40.Бидејќи просторната резолуција, спектралната резолуција и временската резолуција имаат компромис во спектралното сликање, намалувањето на бројот на бои може да ја подобри просторната резолуција и временската резолуција.Може да користи и едноставни спектрометри како оној развиен во оваа студија и дополнително да ја намали количината на пресметување.
Во оваа студија, осум бои беа квантифицирани истовремено со спектрално одвојување на нивните преклопувачки флуоресцентни спектри врз основа на детекција на девет бои.До девет бои може да се квантифицираат истовремено, коегзистирајќи во времето и просторот.Посебна предност на спектрометарот со девет бои е неговиот висок прозрачен флукс и големата бленда (1 × 7 mm).Низата на огледало од декан има максимален пренос од 92% од светлината од отворот во секоја од деветте опсези на бранови должини.Ефикасноста на користење на ударна светлина во опсегот на бранова должина од 520 до 700 nm е речиси 100%.Во толку широк опсег на бранови должини, ниту една дифракциона решетка не може да обезбеди толку висока ефикасност на употреба.Дури и ако ефикасноста на дифракција на дифракционата решетка надминува 90% на одредена бранова должина, како што се зголемува разликата помеѓу таа бранова должина и одредена бранова должина, ефикасноста на дифракција на друга бранова должина се намалува41.Ширината на отворот нормална на насоката на рамнината на Сл. 2в може да се прошири од 7 mm до ширината на сензорот за слика, како на пример во случајот со сензорот за слика што се користи во оваа студија, со малку модифицирање на декамерната низа.
Спектрометарот со девет бои може да се користи не само за капиларна електрофореза, како што е прикажано во оваа студија, туку и за разни други цели.На пример, како што е прикажано на сликата подолу, спектрометар со девет бои може да се примени на флуоресцентен микроскоп.Рамнината на примерокот се прикажува на сензорот за слика на спектрометарот со девет бои преку цел 10x.Оптичкото растојание помеѓу објективната леќа и сензорот за слика е 200 mm, додека оптичкото растојание помеѓу површината на инцидентот на спектрометарот со девет бои и сензорот за слика е само 12 mm.Затоа, сликата беше пресечена приближно на големината на отворот (1 × 7 mm) во рамнината на инциденцата и поделена на девет слики во боја.Односно, спектрална слика на слика со девет бои може да се направи на површина од 0,1×0,7 mm во рамнината на примерокот.Дополнително, можно е да се добие спектрална слика со девет бои на поголема површина на рамнината на примерокот со скенирање на примерокот во однос на целта во хоризонтална насока на Сл. 2в.
Компонентите на декахроматската низа на огледала, имено M1-M9 и BP, беа направени по нарачка од Asahi Spectra Co., Ltd. користејќи стандардни методи за врнежи.Повеќеслојните диелектрични материјали беа нанесени поединечно на десет кварцни плочи со големина 60 × 60 mm и дебелина од 0,5 mm, исполнувајќи ги следните барања: M1: IA = 45 °, R ≥ 90% на 520-590 nm, Tave ≥ 90% на 610- 610 nm.700 nm, M2: IA = 45°, R ≥ 90% на 520-530 nm, Tave ≥ 90% на 550-600 nm, M3: IA = 45°, R ≥ 90% на 540-550 nm, 540-550 nm, % на 570-600 nm, M4: IA = 45°, R ≥ 90% на 560-570 nm, Tave ≥ 90% на 590-600 nm, M5: IA = 45°, R ≥ 98% на 00nm , R ≥ 98% на 680-700 nm, M6: IA = 45°, Tave ≥ 90% на 600-610 nm, R ≥ 90% на 630-700 nm, M7: IA = 45°, R ≥ 620-630 nm, Taw ≥ 90% на 650-700 nm, M8: IA = 45°, R ≥ 90% на 640-650 nm, Taw ≥ 90% на 670-700 nm, M9: R = IA ≥ 90% на 650-670 nm, Tave ≥ 90% на 690-700 nm, BP: IA = 0°, T ≤ 0,01% на 505 nm, Tave ≥ 95% на 530-650 ≥ 90 nm на -690 nm и T ≤ 1% на 725-750 nm, каде што IA, T, Tave и R се аголот на инциденцата, пропустливоста, просечната пропустливост и неполаризираната рефлексија на светлината.
Белата светлина (C0) со опсег на бранова должина од 400–750 nm емитувана од LED извор на светлина (AS 3000, AS ONE CORPORATION) беше усогласена и падна вертикално на DP на низа двохроични огледала.Спектарот на белата светлина на LED диоди е прикажан на дополнителна слика S3.Поставете акрилен резервоар (димензии 150 × 150 × 30 мм) директно пред низата на ретровизорите на декамера, спроти PSU.Чадот што се генерира кога сувиот мраз бил потопен во вода, потоа бил истурен во акрилен резервоар за да се набљудуваат потоците со поделени девет бои C1-C9 што произлегуваат од низата декахроматски огледала.
Алтернативно, усогласената бела светлина (C0) се пренесува низ филтер пред да влезе во DP.Филтрите првично беа филтри со неутрална густина со оптичка густина од 0,6.Потоа користете моторизиран филтер (FW212C, FW212C, Thorlabs).Конечно, повторно вклучете го ND филтерот.Пропусниот опсег на деветте пропусни филтри одговара на C9, C8, C7, C6, C5, C4, C3, C2 и C1, соодветно.Кварцна ќелија со внатрешни димензии од 40 (оптичка должина) x 42,5 (висина) x 10 mm (ширина) беше поставена пред низа декохроматски огледала, спроти БП.Чадот потоа се внесува преку цевка во кварцната ќелија за да се одржи концентрацијата на чад во кварцната ќелија за да се визуелизираат поделените потоци со девет бои C1-C9 што произлегуваат од декахроматската низа на огледало.
Снимено е видео од потокот со поделена светлина со девет бои што произлегува од низа декански огледала во режим на време-лапс на iPhone XS.Снимајте слики од сцената со 1 fps и компајлирајте ги сликите за да креирате видео со 30 fps (за изборно видео 1) или 24 fps (за изборни видеа 2 и 3).
Поставете плоча од нерѓосувачки челик со дебелина од 50 µm (со четири отвори со дијаметар од 50 µm во интервали од 1 mm) на дифузната плоча.Светлината со бранова должина од 400-750 nm се озрачува на плочата на дифузорот, добиена со поминување на светлината од халогена светилка низ краток преносен филтер со бранова должина од 700 nm.Спектарот на светлината е прикажан на дополнителна слика S4.Алтернативно, светлината исто така поминува низ еден од 10 nm пропусните филтри центрирани на 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670 и 690 nm и удира во плочата на дифузорот.Како резултат на тоа, четири точки на зрачење со дијаметар од φ50 μm и различни бранови должини беа формирани на плоча од нерѓосувачки челик спроти плочата на дифузорот.
Четирикапиларна низа со четири леќи е монтирана на спектрометар со девет бои како што е прикажано на сликите 1 и 2. C1 и C2.Четирите капилари и четирите леќи беа исти како и во претходните студии31,34.Ласерски зрак со бранова должина од 505 nm и моќност од 15 mW се зрачи истовремено и рамномерно од страната до точките на емисија на четири капилари.Флуоресценцијата емитирана од секоја точка на емисија е усогласена со соодветната леќа и одделена во девет текови на бои со низа декахроматски огледала.Добиените 36 потоци потоа беа директно инјектирани во CMOS сензор за слика (C11440–52U, Hamamatsu Photonics K·K.), и нивните слики беа симултано снимени.
ABI PRISM® BigDye® Primer циклус секвенционирање на готовиот комплет за реакција (Applied Biosystems), 4 µl GeneScan™ 600 LIZ™ боја беше измешана за секој капилар со мешање на 1 µl PowerPlex® 6C Matrix Standard (Promega Corporation), стандардна големина на мешавина од 1 µl.v2.0 (Thermo Fisher Scientific) и 14 µl вода.PowerPlex® 6C Matrix Standard се состои од шест ДНК фрагменти означени со шест бои: FL-6C, JOE-6C, TMR-6C, CXR-6C, TOM-6C и WEN, според максималната бранова должина.Должините на базата на овие фрагменти на ДНК не се обелоденети, но позната е секвенцата на должината на базата на фрагментите на ДНК означени со WEN, CXR-6C, TMR-6C, JOE-6C, FL-6C и TOM-6C.Смесата во ABI PRISM® BigDye® Primer Cycle Sequencing Ready Reaction Kit содржи ДНК фрагмент означен со боја dR6G.Должините на базите на фрагментите на ДНК исто така не се откриени.GeneScan™ 600 LIZ™ Dye Size Standard v2.0 вклучува 36 фрагменти на ДНК означени со LIZ.Должините на базата на овие фрагменти на ДНК се 20, 40, 60, 80, 100, 114, 120, 140, 160, 180, 200, 214, 220, 240, 250, 260, 280, 314,3, 360, 380, 400, 414, 420, 440, 460, 480, 500, 514, 520, 540, 560, 580 и 600 база.Примероците се денатурирани на 94°C 3 минути, а потоа се ладиле на мраз 5 минути.Примероците беа инјектирани во секој капилар на 26 V/cm за 9 секунди и одвоени во секој капилар исполнет со полимерен раствор POP-7™ (Thermo Fisher Scientific) со ефективна должина од 36 cm и напон од 181 V/cm и агол од 60°.ОД.
Сите податоци добиени или анализирани во текот на оваа студија се вклучени во овој објавен напис и неговите дополнителни информации.Други податоци релевантни за оваа студија се достапни од соодветните автори на разумно барање.
Кан, МЈ, Кан, ХС, Јусаф, А., Куршид, К. и Абас, А. Тековни трендови во анализата на хиперспектрална слика: преглед.Пристап до IEEE 6, 14118–14129.https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2812999 (2018).
Вон, АХ Астрономска интерферометриска Фабри-Перо спектроскопија.инсталирај.Пречесниот Астрон.астрофизика.5, 139-167.https://doi.org/10.1146/annurev.aa.05.090167.001035 (1967).
Goetz, AFH, Wein, G., Solomon, JE and Rock, BN Спектроскопија на снимки со далечинско набљудување на Земјата.Наука 228, 1147–1153.https://doi.org/10.1126/science.228.4704.1147 (1985).
Yokoya, N., Grohnfeldt, C., and Chanussot, J. Фузија на хиперспектрални и мултиспектрални податоци: компаративен преглед на неодамнешните публикации.IEEE Earth Sciences.Весник за далечинско набљудување.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 е нова аналитичка алатка за контрола на квалитетот и безбедност на храната.Трендови во науката за храна.технологија.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. Неодамнешни апликации на мултиспектрално сликање за следење на фенотипот и квалитетот на семето – преглед.Сензори 19, 1090 (2019).
Лианг, Х. Напредоци во мултиспектрално и хиперспектрално сликање за археологија и зачувување на уметноста.Аплицирајте за физички 106, 309-323.https://doi.org/10.1007/s00339-011-6689-1 (2012).
Edelman GJ, Gaston E., van Leeuwen TG, Cullen PJ и Alders MKG Хиперспектрална слика за бесконтактна анализа на форензички траги.Криминалистиката.внатрешни 223, 28-39.https://doi.org/10.1016/j.forsciint.2012.09.012 (2012).