nerūdijančio plieno 321 8*1.2 suvyniotas vamzdis šilumokaičiui

Kapiliariniai vamzdeliai

Dėkojame, kad apsilankėte Nature.com.Naudojate naršyklės versiją su ribotu CSS palaikymu.Norėdami gauti geriausią patirtį, rekomenduojame naudoti atnaujintą naršyklę (arba išjungti suderinamumo režimą „Internet Explorer“).Be to, norėdami užtikrinti nuolatinį palaikymą, svetainę rodome be stilių ir JavaScript.
Vienu metu rodoma trijų skaidrių karuselė.Naudokite mygtukus Ankstesnis ir Kitas, kad vienu metu pereitumėte per tris skaidres, arba naudokite slankiklio mygtukus, esančius pabaigoje, norėdami pereiti per tris skaidres vienu metu.
Buvo sukurtas itin kompaktiškas (54 × 58 × 8,5 mm) ir plačios diafragmos (1 × 7 mm) devynių spalvų spektrometras, „padalytas į dvi“ dešimties dichroinių veidrodžių masyvo, kuris buvo naudojamas momentiniam spektriniam vaizdavimui.Kritimo šviesos srautas, kurio skerspjūvis mažesnis už diafragmos dydį, yra padalintas į ištisinę 20 nm pločio juostą ir devynis spalvų srautus, kurių centriniai bangos ilgiai yra 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670 ir 690 nm.Vaizdo jutiklis vienu metu efektyviai matuoja devynių spalvų srautų vaizdus.Skirtingai nuo įprastų dichroinių veidrodžių matricų, sukurta dichroinių veidrodžių matrica turi unikalią dviejų dalių konfigūraciją, kuri ne tik padidina spalvų, kurias galima išmatuoti vienu metu, skaičių, bet ir pagerina kiekvieno spalvų srauto vaizdo skiriamąją gebą.Sukurtas devynių spalvų spektrometras naudojamas keturių kapiliarų elektroforezei.Vienalaikė aštuonių dažų, migruojančių kiekviename kapiliare, kiekybinė analizė naudojant devynių spalvų lazerio sukeltą fluorescenciją.Kadangi devynių spalvų spektrometras yra ne tik itin mažas ir nebrangus, bet ir turi didelį šviesos srautą bei pakankamą spektrinę skiriamąją gebą daugeliui spektrinio vaizdo gavimo programų, jis gali būti plačiai naudojamas įvairiose srityse.
Hiperspektrinis ir multispektrinis vaizdavimas tapo svarbia astronomijos2, nuotolinio Žemės stebėjimo3,4, maisto ir vandens kokybės kontrolės5,6, meno išsaugojimo ir archeologijos7, teismo ekspertizės8, chirurgijos9, biomedicininės analizės ir diagnostikos10,11 ir tt dalimi. 1 laukas Nepakeičiama technologija. ,12,13.Kiekvieno spinduliavimo taško skleidžiamos šviesos spektro matavimo metodai regėjimo lauke skirstomi į (1) taškinį skenavimą („šluota“)14,15, (2) linijinį nuskaitymą („panicle“)16,17,18. , (3) ilgis nuskaito bangas19,20,21 ir (4) vaizdus22,23,24,25.Visų šių metodų atveju erdvinė skiriamoji geba, spektrinė skiriamoji geba ir laiko skiriamoji geba turi kompromisinį ryšį9, 10, 12, 26.Be to, šviesos srautas turi didelės įtakos jautrumui, ty signalo ir triukšmo santykiui spektriniame vaizdavime26.Šviesos srautas, tai yra šviesos panaudojimo efektyvumas, yra tiesiogiai proporcingas kiekvieno šviesos taško faktinio išmatuoto šviesos kiekio per laiko vienetą santykiui su visu išmatuoto bangos ilgio diapazono šviesos kiekiu.4 kategorija yra tinkamas metodas, kai kiekvieno spinduliuojančio taško skleidžiamos šviesos intensyvumas ar spektras kinta laikui bėgant arba kai kiekvieno spinduliuojančio taško padėtis keičiasi laikui bėgant, nes vienu metu matuojamas visų spinduliuojančių taškų skleidžiamos šviesos spektras.24.
Dauguma aukščiau išvardintų metodų derinami su dideliais, sudėtingais ir (arba) brangiais spektrometrais, naudojantys 18 grotelių arba 14, 16, 22, 23 prizmių (1), (2) ir (4) klasėms arba 20, 21 filtrų diskus, skysčių filtrus. .(3) kategorijos kristaliniai derinami filtrai (LCTF)25 arba akustiniai-optiniai derinami filtrai (AOTF)19.Priešingai, (4) kategorijos kelių veidrodžių spektrometrai yra maži ir nebrangūs dėl savo paprastos konfigūracijos 27, 28, 29, 30.Be to, jie turi didelį šviesos srautą, nes šviesa, kurią dalijasi kiekvienas dichroinis veidrodis (tai yra, sklindanti ir atspindima ant kiekvieno dichroinio veidrodžio krintančios šviesos šviesa), yra visiškai ir nuolat naudojama.Tačiau bangos ilgio juostų (ty spalvų), kurias reikia matuoti vienu metu, skaičius ribojamas iki maždaug keturių.
Spektrinis vaizdavimas, pagrįstas fluorescenciniu aptikimu, dažniausiai naudojamas daugkartinei analizei atliekant biomedicininį aptikimą ir diagnostiką 10, 13 .Atliekant tankinimą, kadangi kelios analitės (pvz., specifinė DNR arba baltymai) yra paženklintos skirtingais fluorescenciniais dažais, kiekviena analitė, esanti kiekviename regėjimo lauko taške, kiekybiškai įvertinama naudojant daugiakomponentę analizę.32 išskaido aptiktą fluorescencijos spektrą, skleidžiamą kiekvieno spinduliavimo taško.Šio proceso metu skirtingi dažai, kurių kiekvienas skleidžia skirtingą fluorescenciją, gali kolokalizuotis, ty egzistuoti kartu erdvėje ir laike.Šiuo metu didžiausias dažų, kuriuos gali sužadinti vienas lazerio spindulys, skaičius yra aštuoni33.Šią viršutinę ribą lemia ne spektrinė skiriamoji geba (ty spalvų skaičius), o fluorescencijos spektro plotis (≥50 nm) ir dažų Stokso poslinkis (≤200 nm) esant FRET (naudojant FRET)10 .Tačiau spalvų skaičius turi būti didesnis arba lygus dažų skaičiui, kad būtų pašalintas mišrių dažų spektrinis persidengimas 31, 32.Todėl vienu metu matuojamų spalvų skaičių būtina padidinti iki aštuonių ar daugiau.
Neseniai buvo sukurtas itin kompaktiškas heptachroinis spektrometras (naudojantis daugybę heptichrotinių veidrodžių ir vaizdo jutiklį keturiems fluorescenciniams srautams matuoti).Spektrometras yra dviem ar trimis dydžiais mažesnis nei įprasti spektrometrai, naudojantys groteles arba prizmes34,35.Tačiau sunku į spektrometrą sudėti daugiau nei septynis dichroinius veidrodžius ir vienu metu išmatuoti daugiau nei septynias spalvas36,37.Didėjant dichroinių veidrodžių skaičiui, didėja didžiausias dichroinių šviesos srautų optinių takų ilgių skirtumas, tampa sunku atvaizduoti visus šviesos srautus vienoje jutimo plokštumoje.Ilgiausias šviesos srauto optinio kelio ilgis taip pat didėja, todėl spektrometro diafragmos plotis (ty didžiausias spektrometru analizuojamos šviesos plotis) mažėja.
Atsakant į aukščiau išvardintas problemas, buvo sukurtas itin kompaktiškas devynių spalvų spektrometras su dviejų sluoksnių „dichroic“ dekachromatiniu veidrodžių matrica ir vaizdo jutikliu momentiniam spektriniam vaizdavimui [kategorija (4)].Palyginti su ankstesniais spektrometrais, sukurtas spektrometras turi mažesnį maksimalaus optinio kelio ilgio ir mažesnio maksimalaus optinio kelio ilgio skirtumą.Jis buvo pritaikytas keturių kapiliarų elektroforezei, siekiant aptikti lazerio sukeltą devynių spalvų fluorescenciją ir kiekybiškai įvertinti aštuonių dažų migraciją kiekviename kapiliare.Kadangi sukurtas spektrometras yra ne tik itin mažas ir nebrangus, bet ir turi didelį šviesos srautą bei pakankamą spektrinę skiriamąją gebą daugeliui spektrinio vaizdo gavimo programų, jis gali būti plačiai naudojamas įvairiose srityse.
Tradicinis devynių spalvų spektrometras parodytas fig.1a.Jo konstrukcija atitinka ankstesnio itin mažo septynių spalvų spektrometro 31 dizainą. Jį sudaro devyni dvispalviai veidrodžiai, išdėstyti horizontaliai 45° kampu į dešinę, o vaizdo jutiklis (S) yra virš devynių dichroinių veidrodžių.Šviesa, patenkanti iš apačios (C0), yra padalinta iš devynių dichroinių veidrodžių masyvo į devynis šviesos srautus, kylančius aukštyn (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 ir C9).Visi devyni spalvų srautai tiekiami tiesiai į vaizdo jutiklį ir aptinkami vienu metu.Šiame tyrime C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 ir C9 yra bangos ilgio tvarka ir yra vaizduojami purpurine, violetine, mėlyna, žalsvai mėlyna, žalia, geltona, oranžine, raudonai oranžine ir atitinkamai raudona.Nors šie spalvų pavadinimai naudojami šiame dokumente, kaip parodyta 3 paveiksle, nes jie skiriasi nuo tikrosios žmogaus akies matomų spalvų.
Įprastų ir naujų devynių spalvų spektrometrų scheminės diagramos.a) Įprastas devynių spalvų spektrometras su devynių dichroinių veidrodžių matrica.b) Naujas devynių spalvų spektrometras su dviejų sluoksnių dichroiniu veidrodžiu.Kritimo šviesos srautas C0 yra padalintas į devynis spalvotus šviesos srautus C1-C9 ir aptinkamas vaizdo jutikliu S.
Sukurtas naujas devynių spalvų spektrometras turi dviejų sluoksnių dichroinę veidrodinę grotelę ir vaizdo jutiklį, kaip parodyta 1b pav.Apatinėje pakopoje penki dichroiniai veidrodžiai yra pakreipti 45° į dešinę, išlygiuoti į dešinę nuo dekamerų masyvo centro.Viršutiniame lygyje penki papildomi dichroiniai veidrodžiai yra pakreipti 45° į kairę ir išdėstyti iš centro į kairę.Kairiausias apatinio sluoksnio dichroinis veidrodis ir viršutinio sluoksnio dešinysis dichroinis veidrodis persidengia.Krintantis šviesos srautas (C0) yra padalintas iš apačios į keturis išeinančius chromatinius srautus (C1-C4) penkiais dichroiniais veidrodžiais dešinėje ir penkiais išeinančiais chromatiniais srautais (C5-C4) iš penkių dichroinių veidrodžių kairėje C9).Kaip ir įprasti devynių spalvų spektrometrai, visi devyni spalvų srautai yra tiesiogiai įšvirkščiami į vaizdo jutiklį (S) ir aptinkami vienu metu.Palyginus 1a ir 1b paveikslus, matyti, kad naujojo devynių spalvų spektrometro atveju tiek didžiausias skirtumas, tiek didžiausias devynių spalvų srautų optinio kelio ilgis sumažėja perpus.
Išsami itin mažo dviejų sluoksnių dichroinio veidrodžio masyvo 29 mm (plotis) × 31 mm (gylis) × 6 mm (aukštis) konstrukcija parodyta 2 paveiksle. Dešimtainę dvispalvio veidrodžio matricą sudaro penki dichroiniai veidrodžiai dešinėje. (M1-M5) ir penki dichroiniai veidrodėliai kairėje (M6-M9 ir dar vienas M5), kiekvienas dichroinis veidrodis tvirtinamas viršutiniame aliuminio laikiklyje.Visi dichroiniai veidrodžiai yra išdėstyti laipsniškai, kad būtų kompensuojamas lygiagretus poslinkis dėl srauto per veidrodžius lūžio.Žemiau M1 yra fiksuotas pralaidumo filtras (BP).M1 ir BP matmenys yra 10 mm (ilgoji pusė) x 1,9 mm (trumpoji pusė) x 0,5 mm (storis).Likusių dichroinių veidrodžių matmenys yra 15 mm × 1,9 mm × 0,5 mm.Matricos žingsnis tarp M1 ir M2 yra 1,7 mm, o kitų dichroinių veidrodžių matricos žingsnis yra 1,6 mm.Ant pav.2c sujungia krintantį šviesos srautą C0 ir devynis spalvotus šviesos srautus C1-C9, atskirtus iš kameros veidrodžių matrica.
Dviejų sluoksnių dichroinio veidrodžio matricos konstrukcija.a) perspektyvinis vaizdas ir b) dviejų sluoksnių dichroinio veidrodžio matricos (matmenys 29 mm x 31 mm x 6 mm) skerspjūvio vaizdas.Jį sudaro penki dichroiniai veidrodžiai (M1-M5), esantys apatiniame sluoksnyje, penki dichroiniai veidrodžiai (M6-M9 ir dar vienas M5), esantys viršutiniame sluoksnyje, ir juostos pralaidumo filtras (BP), esantis žemiau M1.c) Skerspjūvio vaizdas vertikalia kryptimi, kai sutampa C0 ir C1-C9.
Diafragmos plotis horizontalia kryptimi, nurodytas pločiu C0 2 pav., c, yra 1 mm, o kryptimi, statmena 2 pav. plokštumai, c, nurodyta aliuminio laikiklio konstrukcija, – 7 mm.Tai yra, naujasis devynių spalvų spektrometras turi didelę 1 mm × 7 mm diafragmą.C4 optinis kelias yra ilgiausias tarp C1-C9, o optinis C4 kelias dichroinio veidrodžio matricos viduje dėl aukščiau nurodyto itin mažo dydžio (29 mm × 31 mm × 6 mm) yra 12 mm.Tuo pačiu metu C5 optinio kelio ilgis yra trumpiausias tarp C1-C9, o C5 optinio kelio ilgis yra 5,7 mm.Todėl didžiausias optinio kelio ilgio skirtumas yra 6,3 mm.Pirmiau nurodyti optinio kelio ilgiai pakoreguoti atsižvelgiant į optinio kelio ilgį M1-M9 ir BP (iš kvarco) optiniam perdavimui.
М1−М9 ir VR spektrinės savybės apskaičiuojamos taip, kad srautai С1, С2, С3, С4, С5, С6, С7, С8 ir С9 būtų bangų ilgių diapazone 520–540, 540–560, 560–58080, –600, 600–620, 620–640, 640–660, 660–680 ir 680–700 nm atitinkamai.
Pagamintos dekachromatinių veidrodžių matricos nuotrauka parodyta 3a pav.M1-M9 ir BP yra priklijuoti atitinkamai prie 45° nuolydžio ir horizontalios aliuminio atramos plokštumos, o M1 ir BP yra paslėpti figūros gale.
Dekano veidrodžių masyvo gamyba ir demonstravimas.a) Pagamintų dekachromatinių veidrodžių rinkinys.b) 1 mm × 7 mm devynių spalvų padalintas vaizdas, projektuojamas ant popieriaus lapo, padėto prieš dekachrominių veidrodžių masyvą ir apšviestą balta šviesa.c) Dekochrominių veidrodžių rinkinys, apšviestas balta šviesa iš užpakalio.d ) Dekano veidrodžio matricos sklindantis devynių spalvų skilimo srautas, stebimas padėjus dūmų pripildytą akrilo balionėlį prieš dekano veidrodžio masyvą ties c ir patamsinant patalpą.
Išmatuoti M1-M9 C0 perdavimo spektrai esant 45° kritimo kampui ir išmatuotas BP C0 perdavimo spektras, kai kritimo kampas yra 0°, parodyti Fig.4a.C1-C9 perdavimo spektrai, palyginti su C0, parodyti Fig.4b.Šie spektrai buvo apskaičiuoti pagal spektrus Fig.4a pagal optinį kelią C1-C9 4a pav.1b ir 2c.Pavyzdžiui, 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)], kur TS (X) ir [ 1 − TS(X)] yra atitinkamai X perdavimo ir atspindžio spektrai.Kaip parodyta 4b paveiksle, C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 ir C9 dažnių juostos pločiai (pralaidis ≥50 %) yra 521-540, 541-562, 563-580, 581-602, 603 -623, 624-641, 642-657, 659-680 ir 682-699 nm.Šie rezultatai atitinka sukurtus diapazonus.Be to, C0 šviesos panaudojimo efektyvumas yra didelis, tai yra, vidutinis didžiausias C1-C9 šviesos pralaidumas yra 92%.
Dichroinio veidrodžio ir suskaidyto devynių spalvų srauto perdavimo spektrai.a) Išmatuoti M1-M9 perdavimo spektrai esant 45° dažniui ir BP esant 0° dažniui.b) C1–C9 perdavimo spektrai, palyginti su C0, apskaičiuoti pagal a punktą.
Ant pav.3c, dichroinių veidrodžių masyvas yra vertikaliai taip, kad jo dešinė pusė 3a pav. yra viršutinė pusė, o kolimuoto šviesos diodo (C0) baltas spindulys yra apšviestas iš fono.3a paveiksle parodytas dekachrominių veidrodžių rinkinys yra sumontuotas 54 mm (aukštis) × 58 mm (gylis) × 8,5 mm (storis) adapteryje.Ant pav.3d, be būsenos, parodytos fig.3c, dūmų užpildytas akrilo bakas buvo pastatytas prieš dekochrominių veidrodžių masyvą, išjungus šviesą kambaryje.Dėl to rezervuare matomi devyni dichroiniai srautai, sklindantys iš daugybės dekachrominių veidrodžių.Kiekvienas padalintas srautas turi stačiakampį skerspjūvį, kurio matmenys yra 1 × 7 mm, o tai atitinka naujojo devynių spalvų spektrometro apertūros dydį.3b paveiksle popieriaus lapas padėtas prieš dichroinių veidrodžių masyvą 3c paveiksle ir stebimas 1 x 7 mm devynių dichroinių srautų, projektuojamų ant popieriaus, vaizdas iš popieriaus judėjimo krypties.srautai.Devyni spalvų atskyrimo srautai pav.3b ir d yra C4, C3, C2, C1, C5, C6, C7, C8 ir C9 iš viršaus į apačią, tai taip pat galima matyti 1 ir 2 paveiksluose. 1b ir 2c.Jie stebimi spalvomis, atitinkančiomis jų bangos ilgį.Dėl mažo šviesos diodo baltos šviesos intensyvumo (žr. papildomą S3 pav.) ir spalvotos kameros, naudojamos C9 (682–699 nm) užfiksuoti, jautrumo pav. Kiti skaidymo srautai yra silpni.Panašiai C9 buvo silpnai matomas plika akimi.Tuo tarpu C2 (antras srautas iš viršaus) 3 paveiksle atrodo žalias, bet plika akimi atrodo geltonesnis.
Perėjimas iš 3c paveikslo į d parodytas 1 papildomame vaizdo įraše. Iš karto po to, kai balta šviesa iš šviesos diodo praeina per dekachromatinį veidrodžio matricą, ji vienu metu suskaidoma į devynis spalvų srautus.Galų gale dūmai kubile palaipsniui sklaidėsi iš viršaus į apačią, todėl devynios spalvos milteliai taip pat dingo iš viršaus į apačią.Priešingai, 2 papildomame vaizdo įraše, kai šviesos srauto, patenkančio į dekachrominių veidrodžių masyvą, bangos ilgis buvo pakeistas iš ilgo į trumpą 690, 671, 650, 632, 610, 589, 568, 550 ir 532 nm. ., Rodomi tik atitinkami devynių padalintų srautų srautai C9, C8, C7, C6, C5, C4, C3, C2 ir C1 tvarka.Akrilo rezervuaras pakeičiamas kvarciniu baseinu, o kiekvieno šuntuoto srauto dribsniai gali būti aiškiai matomi iš nuožulnaus į viršų.Be to, 3 antrinis vaizdo įrašas yra redaguojamas taip, kad būtų atkuriama 2 antrinio vaizdo įrašo bangos ilgio keitimo dalis.Tai iškalbingiausia dekochromatinės veidrodžių masyvo savybių išraiška.
Aukščiau pateikti rezultatai rodo, kad pagamintas dekachrominis veidrodžių matrica arba naujasis devynių spalvų spektrometras veikia taip, kaip numatyta.Naujasis devynių spalvų spektrometras suformuotas sumontavus dekachrominių veidrodžių masyvą su adapteriais tiesiai ant vaizdo jutiklio plokštės.
Šviesos srautas, kurio bangos ilgis yra nuo 400 iki 750 nm, skleidžiamas keturių spinduliavimo taškų φ50 μm, išdėstytų 1 mm intervalais atitinkamai 2c pav. plokštumai statmena kryptimi. Tyrimai 31, 34. Keturių lęšių matricą sudaro keturi objektyvai φ1 mm su 1,4 mm židinio nuotoliu ir 1 mm žingsniu.Keturi kolimuoti srautai (keturi C0) patenka į naujo devynių spalvų spektrometro DP, išdėstyti 1 mm intervalais.Dichroinių veidrodžių masyvas padalija kiekvieną srautą (C0) į devynis spalvų srautus (C1-C9).Gauti 36 srautai (keturi C1-C9 rinkiniai) įšvirkščiami tiesiai į CMOS (S) vaizdo jutiklį, tiesiogiai prijungtą prie dichroinių veidrodžių masyvo.Dėl to, kaip parodyta 5a pav., dėl mažo didžiausio optinio kelio skirtumo ir trumpo didžiausio optinio kelio visų 36 srautų vaizdai buvo aptikti vienu metu ir aiškiai vienodo dydžio.Pagal pasroviui skirtus spektrus (žr. papildomą S4 paveikslą) keturių grupių C1, C2 ir C3 vaizdo intensyvumas yra palyginti mažas.Trisdešimt šeši vaizdai buvo 0,57 ± 0,05 mm dydžio (vidurkis ± SD).Taigi vaizdo padidinimas vidutiniškai siekė 11,4.Vertikalus atstumas tarp vaizdų yra vidutiniškai 1 mm (tas pats atstumas kaip ir objektyvo matricoje), o horizontalus – 1,6 mm (tas pats atstumas kaip ir dichroinio veidrodžio matricoje).Kadangi vaizdo dydis yra daug mažesnis nei atstumas tarp vaizdų, kiekvienas vaizdas gali būti matuojamas atskirai (su mažu skersinio pokalbio kiekiu).Tuo tarpu dvidešimt aštuonių srautų vaizdai, įrašyti įprastiniu septynių spalvų spektrometru, naudotu ankstesniame tyrime, parodyti 5 B pav. Septynių dichroinių veidrodžių masyvas buvo sukurtas pašalinus du dešiniausius dichroinius veidrodžius iš devynių dichroinių masyvo. veidrodžiai 1a paveiksle.Ne visi vaizdai yra ryškūs, vaizdo dydis padidėja nuo C1 iki C7.Dvidešimt aštuoni vaizdai yra 0,70 ± 0,19 mm dydžio.Taigi sunku išlaikyti didelę skiriamąją gebą visuose vaizduose.Variacijos koeficientas (CV) 28 vaizdo dydžiui 5b paveiksle buvo 28%, o 36 dydžio vaizdo CV 5a paveiksle sumažėjo iki 9%.Aukščiau pateikti rezultatai rodo, kad naujasis devynių spalvų spektrometras ne tik padidina vienu metu išmatuojamų spalvų skaičių nuo septynių iki devynių, bet ir turi didelę kiekvienos spalvos vaizdo skiriamąją gebą.
Įprastais ir naujais spektrometrais suformuoto padalinto vaizdo kokybės palyginimas.a) Keturios devynių spalvų vaizdų grupės (C1-C9), sukurtos naujuoju devynių spalvų spektrometru.b) keturi septynių spalvų atskirtų vaizdų rinkiniai (C1-C7), sudaryti naudojant įprastą septynių spalvų spektrometrą.Srautas (C0), kurio bangos ilgis yra nuo 400 iki 750 nm iš keturių emisijos taškų, atitinkamai kolimuojami ir patenka į kiekvieną spektrometrą.
Devynių spalvų spektrometro spektrinės charakteristikos buvo įvertintos eksperimentiškai, o vertinimo rezultatai parodyti 6 paveiksle. Atkreipkite dėmesį, kad 6a paveiksle pateikti tie patys rezultatai kaip ir 5a paveiksle, ty esant 4 C0 400–750 nm bangos ilgiams, aptinkami visi 36 vaizdai. (4 grupės C1–C9).Priešingai, kaip parodyta 6b–j pav., kai kiekvienas C0 turi specifinį 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670 arba 690 nm bangos ilgį, yra beveik tik keturi atitinkami vaizdai (keturi grupės aptiktos C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 arba C9).Tačiau kai kurie vaizdai, esantys šalia keturių atitinkamų vaizdų, yra labai silpnai aptikti, nes 4b pav. parodyti C1–C9 perdavimo spektrai šiek tiek persidengia ir kiekvienas C0 turi 10 nm juostą esant tam tikram bangos ilgiui, kaip aprašyta metode.Šie rezultatai atitinka C1-C9 perdavimo spektrus, parodytus Fig.4b ir papildomi vaizdo įrašai 2 ir 3. Kitaip tariant, devynių spalvų spektrometras veikia taip, kaip tikėtasi, remiantis rezultatais, parodytais fig.4b.Todėl daroma išvada, kad vaizdo intensyvumo pasiskirstymas C1-C9 yra kiekvieno C0 spektras.
Devynių spalvų spektrometro spektrinės charakteristikos.Naujasis devynių spalvų spektrometras generuoja keturis devynių spalvų atskirtų vaizdų rinkinius (C1–C9), kai krintančios šviesos (keturių C0) bangos ilgis yra (a) 400–750 nm (kaip parodyta 5a, b paveiksle). 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, atitinkamai.
Sukurtas devynių spalvų spektrometras buvo naudojamas keturių kapiliarų elektroforezei (išsamiau žr. Papildomą medžiagą) 31, 34, 35.Keturių kapiliarų matricą sudaro keturi kapiliarai (išorinis skersmuo 360 μm ir vidinis skersmuo 50 μm), išdėstyti 1 mm intervalais lazerio švitinimo vietoje.Mėginiai, kuriuose yra DNR fragmentų, paženklintų 8 dažais, būtent FL-6C (dažai 1), JOE-6C (dažai 2), dR6G (dažai 3), TMR-6C (dažai 4), CXR-6C (dažai 5), TOM- 6C (dažai 6), LIZ (dažai 7) ir WEN (dažai 8) didėjančia fluorescencinės bangos ilgio tvarka, atskirti kiekviename iš keturių kapiliarų (toliau vadinami Cap1, Cap2, Cap3 ir Cap4).Lazerio sukelta fluorescencija iš Cap1-Cap4 buvo kolimuota su keturių lęšių matrica ir vienu metu registruojama devynių spalvų spektrometru.Devynių spalvų (C1-C9) fluorescencijos intensyvumo dinamika elektroforezės metu, tai yra kiekvieno kapiliaro devynių spalvų elektroforegrama, parodyta 7a pav.Lygiavertė devynių spalvų elektroforegrama gaunama Cap1-Cap4.Kaip parodyta Cap1 rodyklėmis 7a paveiksle, aštuonios kiekvienos devynių spalvų elektroforegramos smailės rodo atitinkamai vieną fluorescencinę emisiją iš Dye1-Dye8.
Tuo pačiu metu aštuonių dažiklių kiekybinis nustatymas naudojant devynių spalvų keturių kapiliarų elektroforezės spektrometrą.a) Kiekvieno kapiliaro devynių spalvų (C1-C9) elektroforegrama.Aštuonios smailės, pažymėtos rodyklėmis Cap1, rodo individualią aštuonių dažų (Dye1-Dye8) fluorescencinę emisiją.Rodyklės spalvos atitinka spalvas (b) ir (c).b ) aštuonių dažų (Dye1-Dye8) fluorescencijos spektrai kapiliaruose.c Aštuonių dažų (Dye1-Dye8) elektroferogramos viename kapiliare.Dye7 pažymėtų DNR fragmentų smailės yra pažymėtos rodyklėmis, o jų Cap4 bazės ilgiai yra nurodyti.
C1–C9 intensyvumo pasiskirstymas aštuoniose smailėse parodytas Fig.7b, atitinkamai.Kadangi ir C1-C9, ir Dye1-Dye8 yra bangos ilgio tvarka, aštuoni pasiskirstymai 7b pav. rodo Dye1-Dye8 fluorescencijos spektrus paeiliui iš kairės į dešinę.Šiame tyrime Dye1, Dye2, Dye3, Dye4, Dye5, Dye6, Dye7 ir Dye8 yra atitinkamai purpurinės, violetinės, mėlynos, žalsvai mėlynos, žalios, geltonos, oranžinės ir raudonos spalvos.Atkreipkite dėmesį, kad rodyklių spalvos 7a pav. atitinka dažų spalvas 7b pav.C1-C9 fluorescencijos intensyvumas kiekvienam spektrui 7b paveiksle buvo normalizuotas taip, kad jų suma būtų lygi vienetui.Aštuoni lygiaverčiai fluorescencijos spektrai buvo gauti iš Cap1-Cap4.Galima aiškiai stebėti fluorescencijos spektrinį persidengimą tarp dažų 1-dažų 8.
Kaip parodyta 7c paveiksle, kiekvieno kapiliaro devynių spalvų elektroforegrama 7a paveiksle buvo konvertuota į aštuonių dažų elektroferogramą daugiakomponentės analizės būdu, remiantis aštuoniais fluorescencijos spektrais 7b paveiksle (daugiau informacijos rasite papildomose medžiagose).Kadangi 7a paveiksle fluorescencijos spektrinis sutapimas nerodomas 7c paveiksle, Dye1-Dye8 galima identifikuoti ir kiekybiškai įvertinti atskirai kiekvienu laiko tašku, net jei tuo pačiu metu fluorescuoja skirtingi Dye1-Dye8 kiekiai.To negalima padaryti naudojant tradicinį septynių spalvų aptikimą31, bet tai galima pasiekti naudojant sukurtą devynių spalvų aptikimą.Kaip parodyta rodyklėmis Cap1 7c pav., tik fluorescencinės emisijos pavieniai yra Dye3 (mėlynas), Dye8 (raudonas), Dye5 (žalias), Dye4 (žalsvai mėlynas), Dye2 (violetinė), Dye1 (rausvai raudonas) ir Dye6 (geltonas). ) stebimi numatyta chronologine tvarka.7 dažo (oranžinė) fluorescencinei emisijai, be vienos smailės, nurodytos oranžine rodykle, buvo pastebėtos dar kelios atskiros smailės.Tokį rezultatą lėmė tai, kad mėginiuose buvo dydžio standartų, Dye7 pažymėtų DNR fragmentų su skirtingu bazinio ilgiu.Kaip parodyta 7c paveiksle, Cap4 šie pagrindo ilgiai yra 20, 40, 60, 80, 100, 114, 120, 140, 160, 180, 200, 214 ir 220.
Pagrindinės devynių spalvų spektrometro, sukurto naudojant dviejų sluoksnių dichroinių veidrodžių matricą, savybės yra mažas dydis ir paprastas dizainas.Kadangi dekachrominių veidrodžių masyvas adapterio viduje, parodytas fig.3c, sumontuotas tiesiai ant vaizdo jutiklio plokštės (žr. S1 ir S2 pav.), devynių spalvų spektrometro matmenys tokie patys kaip adapterio, ty 54 × 58 × 8,5 mm.(storis) .Šis itin mažas dydis yra dviem ar trimis dydžiais mažesnis nei įprasti spektrometrai, kuriuose naudojamos grotelės arba prizmės.Be to, kadangi devynių spalvų spektrometras sukonfigūruotas taip, kad šviesa trenktų į vaizdo jutiklio paviršių statmenai, devynių spalvų spektrometrui galima nesunkiai skirti vietos tokiose sistemose kaip mikroskopai, srauto citometrai ar analizatoriai.Kapiliarinės grotelės elektroforezės analizatorius dar didesniam sistemos miniatiūravimui.Tuo pačiu metu dešimties dvispalvių veidrodžių ir pralaidumo filtrų, naudojamų devynių spalvų spektrometre, dydis yra tik 10 × 1,9 × 0,5 mm arba 15 × 1,9 × 0,5 mm.Taigi iš dichroinio veidrodžio ir 60 mm2 pralaidumo filtro atitinkamai galima iškirpti daugiau nei 100 tokių mažų dichroinių veidrodžių ir juostos pralaidumo filtrų.Todėl nebrangiai galima pagaminti daugybę dekachrominių veidrodžių.
Kitas devynių spalvų spektrometro bruožas yra puikios spektrinės charakteristikos.Visų pirma, tai leidžia gauti momentinių vaizdų spektrinius vaizdus, ​​tai yra, tuo pačiu metu gauti vaizdus su spektrine informacija.Kiekvienam vaizdui buvo gautas ištisinis spektras, kurio bangos ilgis yra nuo 520 iki 700 nm, o skiriamoji geba - 20 nm.Kitaip tariant, kiekvienam vaizdui aptinkami devyni šviesos spalvų intensyvumai, ty devynios 20 nm juostos, vienodai dalijančios bangos ilgių diapazoną nuo 520 iki 700 nm.Keičiant dichroinio veidrodžio ir juostos pralaidumo filtro spektrines charakteristikas, galima reguliuoti devynių juostų bangų ilgių diapazoną ir kiekvienos juostos plotį.Devynių spalvų aptikimas gali būti naudojamas ne tik fluorescencijos matavimams naudojant spektrinį vaizdą (kaip aprašyta šioje ataskaitoje), bet ir daugeliui kitų įprastų spektrinį vaizdą naudojančių programų.Nors hiperspektriniu vaizdavimu galima aptikti šimtus spalvų, buvo nustatyta, kad net ir žymiai sumažėjus aptinkamų spalvų skaičiui, keli objektai regėjimo lauke gali būti identifikuojami pakankamai tiksliai daugeliui programų38, 39, 40.Kadangi erdvinė skiriamoji geba, spektrinė skiriamoji geba ir laiko skiriamoji geba turi kompromisinį spektrinį vaizdą, sumažinus spalvų skaičių galima pagerinti erdvinę ir laiko skiriamąją gebą.Jis taip pat gali naudoti paprastus spektrometrus, tokius kaip šiame tyrime sukurtas, ir dar labiau sumažinti skaičiavimo kiekį.
Šiame tyrime aštuoni dažai buvo kiekybiškai įvertinti vienu metu, spektriniu būdu atskiriant jų persidengiančius fluorescencijos spektrus, remiantis devynių spalvų aptikimu.Vienu metu galima kiekybiškai įvertinti iki devynių dažiklių, kurie egzistuoja kartu laike ir erdvėje.Ypatingas devynių spalvų spektrometro pranašumas yra didelis šviesos srautas ir didelė diafragma (1 × 7 mm).Dekano veidrodžio matrica maksimaliai praleidžia 92% šviesos iš diafragmos kiekviename iš devynių bangų ilgių diapazonų.Kritančios šviesos panaudojimo bangos ilgių diapazone nuo 520 iki 700 nm efektyvumas yra beveik 100%.Esant tokiam plačiam bangų ilgių diapazonui, jokia difrakcijos gardelė negali užtikrinti tokio didelio naudojimo efektyvumo.Net jei difrakcijos gardelės difrakcijos efektyvumas tam tikru bangos ilgiu viršija 90 %, didėjant to bangos ilgio ir tam tikro bangos ilgio skirtumui, difrakcijos efektyvumas esant kitam bangos ilgiui mažėja41.Diafragmos plotis, statmenas plokštumos krypčiai, 2c pav., gali būti padidintas nuo 7 mm iki vaizdo jutiklio pločio, pavyzdžiui, šiame tyrime naudojamo vaizdo jutiklio atveju, šiek tiek modifikuojant dekamerų masyvą.
Devynių spalvų spektrometras gali būti naudojamas ne tik kapiliarinei elektroforezei, kaip parodyta šiame tyrime, bet ir įvairiems kitiems tikslams.Pavyzdžiui, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau, devynių spalvų spektrometras gali būti pritaikytas fluorescenciniam mikroskopui.Mėginio plokštuma rodoma devynių spalvų spektrometro vaizdo jutiklyje per 10x objektyvą.Optinis atstumas tarp objektyvo ir vaizdo jutiklio yra 200 mm, o optinis atstumas tarp devynių spalvų spektrometro krintančio paviršiaus ir vaizdo jutiklio yra tik 12 mm.Todėl vaizdas buvo iškirptas iki maždaug diafragmos dydžio (1 × 7 mm) kritimo plokštumoje ir padalintas į devynis spalvotus vaizdus.Tai yra, devynių spalvų momentinės nuotraukos spektrinis vaizdas gali būti padarytas 0,1 × 0,7 mm plote mėginio plokštumoje.Be to, galima gauti didesnio ploto devynių spalvų spektrinį vaizdą mėginio plokštumoje skenuojant pavyzdį objektyvo atžvilgiu horizontalia kryptimi 2c pav.
Dekachromatinius veidrodžių matricos komponentus, būtent M1-M9 ir BP, pagal užsakymą pagamino Asahi Spectra Co., Ltd., naudodama standartinius nusodinimo metodus.Daugiasluoksnės dielektrinės medžiagos buvo dedamos atskirai ant dešimties 60 × 60 mm dydžio ir 0,5 mm storio kvarcinių plokščių, atitinkančių šiuos reikalavimus: M1: IA = 45°, R ≥ 90%, esant 520–590 nm, Tave ≥ 90%, esant 610–610 610 nm.700 nm, M2: IA = 45°, R ≥ 90%, esant 520–530 nm, Tave ≥ 90%, esant 550–600 nm, M3: IA = 45°, R ≥ 90%, esant 540–550 nm, Tave ≥ 90 % esant 570–600 nm, M4: IA = 45°, R ≥ 90%, esant 560–570 nm, Tave ≥ 90%, esant 590–600 nm, M5: IA = 45°, R ≥ 98% esant 580–6000 , R ≥ 98 % esant 680–700 nm, M6: IA = 45°, Tave ≥ 90 % esant 600–610 nm, R ≥ 90 % esant 630–700 nm, M7: IA = 45°, R ≥ 90 % 620–630 nm, Taw ≥ 90 % esant 650–700 nm, M8: IA = 45°, R ≥ 90 % esant 640–650 nm, Taw ≥ 90 % esant 670–700 nm, M9: IA = 45°, R = ≥ 90 % esant 650–670 nm, Tave ≥ 90 % esant 690–700 nm, BP: IA = 0°, T ≤ 0,01 %, esant 505 nm, Tave ≥ 95 %, kai bangos ilgis 530–690 nm, T 0,0 % esant -690 nm ir T ≤ 1%, esant 725-750 nm, kur IA, T, Tave ir R yra kritimo kampas, pralaidumas, vidutinis pralaidumas ir nepoliarizuotos šviesos atspindys.
Balta šviesa (C0), kurios bangos ilgių diapazonas yra 400–750 nm, skleidžiama LED šviesos šaltinio (AS 3000, AS ONE CORPORATION), buvo kolimuota ir krito vertikaliai į dichroinių veidrodžių masyvo DP.Šviesos diodų baltos šviesos spektras parodytas papildomame S3 paveiksle.Įdėkite akrilo baką (150 × 150 × 30 mm matmenys) tiesiai prieš kameros veidrodžio masyvą, priešais PSU.Dūmai, susidarę panardinus sausą ledą į vandenį, buvo supilami į akrilo baką, kad būtų galima stebėti devynių spalvų C1-C9 suskaidytus srautus, sklindančius iš dekachromatinių veidrodžių.
Arba kolimuota balta šviesa (C0) praleidžiama per filtrą prieš patenkant į DP.Filtrai iš pradžių buvo neutralaus tankio filtrai, kurių optinis tankis buvo 0,6.Tada naudokite motorinį filtrą (FW212C, FW212C, Thorlabs).Galiausiai vėl įjunkite ND filtrą.Devynių pralaidumo filtrų dažnių juostos pločiai atitinka atitinkamai C9, C8, C7, C6, C5, C4, C3, C2 ir C1.Kvarcinis elementas, kurio vidiniai matmenys yra 40 (optinis ilgis) x 42,5 (aukštis) x 10 mm (plotis), buvo dedamas priešais dekochromatinių veidrodžių masyvą, priešais BP.Tada dūmai tiekiami per vamzdelį į kvarcinę kamerą, kad būtų palaikoma dūmų koncentracija kvarcinėje kameroje, kad būtų galima vizualizuoti devynių spalvų C1-C9 suskaidytus srautus, sklindančius iš dekachrominio veidrodžio matricos.
Vaizdo įrašas, kuriame užfiksuotas devynių spalvų suskaidytas šviesos srautas, sklindantis iš daugybės dekaninių veidrodžių, buvo užfiksuotas „iPhone XS“ laiko intervalo režimu.Užfiksuokite scenos vaizdus 1 kadrų per sekundę greičiu ir sukompiliuokite vaizdus, ​​kad sukurtumėte vaizdo įrašą 30 kadrų per sekundę greičiu (jei pasirenkamas 1 vaizdo įrašas) arba 24 kadrus per sekundę (jei pasirenkamas 2 ir 3 vaizdo įrašas).
Ant difuzinės plokštės uždėkite 50 µm storio nerūdijančio plieno plokštę (su keturiomis 50 µm skersmens skylėmis 1 mm intervalais).Šviesa, kurios bangos ilgis yra 400–750 nm, apšvitinama ant difuzoriaus plokštės, gaunama leidžiant šviesą iš halogeninės lempos per trumpą perdavimo filtrą, kurio bangos ilgis yra 700 nm.Šviesos spektras parodytas papildomame S4 ​​paveiksle.Arba šviesa taip pat praeina per vieną iš 10 nm juostos pralaidumo filtrų, kurių centras yra 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670 ir 690 nm, ir patenka į difuzoriaus plokštę.Dėl to ant nerūdijančio plieno plokštės, esančios priešingoje difuzoriaus plokštei, buvo suformuoti keturi spinduliavimo taškai, kurių skersmuo φ50 μm ir skirtingi bangos ilgiai.
Keturių kapiliarų matrica su keturiais lęšiais yra sumontuota ant devynių spalvų spektrometro, kaip parodyta 1 ir 2 paveiksluose. C1 ir C2.Keturi kapiliarai ir keturi lęšiai buvo tokie patys kaip ir ankstesniuose tyrimuose31,34.505 nm bangos ilgio ir 15 mW galios lazerio spindulys vienu metu ir tolygiai apšvitinamas iš šono į keturių kapiliarų emisijos taškus.Kiekvieno spinduliavimo taško skleidžiama fluorescencija yra kolimuojama atitinkamu objektyvu ir padalijama į devynis spalvų srautus dekachrominių veidrodžių masyve.Tada gauti 36 srautai buvo tiesiogiai įšvirkšti į CMOS vaizdo jutiklį (C11440–52U, Hamamatsu Photonics K·K.), o jų vaizdai buvo įrašyti vienu metu.
ABI PRISM® BigDye® pradmenų ciklo sekos nustatymo paruoštas reakcijos rinkinys (Applied Biosystems), 4 µl GeneScan™ 600 LIZ™ dažų buvo sumaišyti kiekvienam kapiliarui, sumaišant 1 µl PowerPlex® 6C Matrix Standard (Promega Corporation), 1 µl mišinio dydžio standartą.v2.0 („Thermo Fisher Scientific“) ir 14 µl vandens.„PowerPlex® 6C Matrix Standard“ sudaro šeši DNR fragmentai, pažymėti šešiais dažais: FL-6C, JOE-6C, TMR-6C, CXR-6C, TOM-6C ir WEN, pagal maksimalų bangos ilgį.Šių DNR fragmentų baziniai ilgiai neatskleidžiami, tačiau yra žinoma WEN, CXR-6C, TMR-6C, JOE-6C, FL-6C ir TOM-6C žymėtų DNR fragmentų bazinio ilgio seka.ABI PRISM® BigDye® pradmenų ciklo sekos nustatymo paruošto reakcijos rinkinio mišinyje yra DNR fragmentas, pažymėtas dR6G dažais.DNR fragmentų bazių ilgiai taip pat neatskleidžiami.GeneScan™ 600 LIZ™ Dye Size Standard v2.0 apima 36 LIZ pažymėtus DNR fragmentus.Šių DNR fragmentų baziniai ilgiai yra 20, 40, 60, 80, 100, 114, 120, 140, 160, 180, 200, 214, 220, 240, 250, 260, 280, 300, 331400 360, 380, 400, 414, 420, 440, 460, 480, 500, 514, 520, 540, 560, 580 ir 600 bazės.Mėginiai buvo denatūruojami 94 °C temperatūroje 3 minutes, po to 5 minutes atšaldomi ant ledo.Mėginiai buvo įšvirkščiami į kiekvieną kapiliarą 26 V/cm įtampa 9 s ir atskiriami kiekviename kapiliare, užpildytame POP-7™ polimero tirpalu (Thermo Fisher Scientific), kurio efektyvusis ilgis 36 cm, o įtampa 181 V/cm. 60° kampas.NUO.
Visi šio tyrimo metu gauti ar išanalizuoti duomenys yra įtraukti į šį publikuotą straipsnį ir jo papildomą informaciją.Kitus šiam tyrimui svarbius duomenis pagrįstu prašymu gali gauti atitinkami autoriai.
Khan, MJ, Khan, HS, Yousaf, A., Khurshid, K. ir Abbas, A. Dabartinės hiperspektrinės vaizdo analizės tendencijos: apžvalga.Prieiga prie IEEE 6, 14118–14129.https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2812999 (2018).
Vaughan, AH astronominė interferometrinė Fabry-Perot spektroskopija.diegti.Gerbiamasis Astronas.astrofizika.5, 139-167.https://doi.org/10.1146/annurev.aa.05.090167.001035 (1967).
Goetz, AFH, Wein, G., Solomon, JE ir Rock, BN Žemės nuotolinio stebėjimo vaizdų spektroskopija.Mokslas 228, 1147–1153.https://doi.org/10.1126/science.228.4704.1147 (1985).
Yokoya, N., Grohnfeldt, C. ir Chanussot, J. Hiperspektrinių ir daugiaspektrinių duomenų sintezė: lyginamoji naujausių publikacijų apžvalga.IEEE Žemės mokslai.Nuotolinio stebėjimo žurnalas.5:29–56.https://doi.org/10.1109/MGRS.2016.2637824 (2017).
Gowen, AA, O'Donnell, SP, Cullen, PJ, Downey, G. ir Frias, JM Hiperspektrinis vaizdas yra naujas kokybės kontrolės ir maisto saugos analizės įrankis.Maisto mokslo tendencijos.technologija.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. Naujausi daugiaspektrinio vaizdo pritaikymai sėklų fenotipo ir kokybės stebėjimui – apžvalga.Sensors 19, 1090 (2019).
Liang, H. Daugiaspektrinio ir hiperspektrinio vaizdo pažanga siekiant archeologijos ir meno išsaugojimo.Kreipkitės dėl fizinio 106, 309–323.https://doi.org/10.1007/s00339-011-6689-1 (2012).
Edelman GJ, Gaston E., van Leeuwen TG, Cullen PJ ir Alders MKG Hiperspektrinis vaizdas, skirtas nekontaktinei kriminalistinių pėdsakų analizei.Kriminalistika.vidaus 223, 28-39.https://doi.org/10.1016/j.forscint.2012.09.012 (2012).