rozsdamentes acél 321 8*1.2 tekercses cső hőcserélőhöz

Kapilláris csövek

Köszönjük, hogy meglátogatta a Nature.com oldalt.Olyan böngészőverziót használ, amely korlátozott CSS-támogatással rendelkezik.A legjobb élmény érdekében javasoljuk, hogy használjon frissített böngészőt (vagy tiltsa le a kompatibilitási módot az Internet Explorerben).Ezenkívül a folyamatos támogatás érdekében stílusok és JavaScript nélkül jelenítjük meg az oldalt.
Egyszerre három diából álló körhinta jeleníti meg.Az Előző és a Következő gombokkal egyszerre három dián lépkedhet, vagy a végén lévő csúszkagombokkal egyszerre három dián.
Egy ultrakompakt (54 × 58 × 8,5 mm) és széles rekesznyílású (1 × 7 mm) kilencszínű spektrométert fejlesztettek ki, amelyet tíz dikroikus tükörből álló tömb „két részre osztott”, és amelyet azonnali spektrális képalkotáshoz használtak.Az apertúra méreténél kisebb keresztmetszetű beeső fényáram egy 20 nm széles folytonos csíkra és kilenc színáramra van felosztva, amelyek központi hullámhossza 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670 és 690 nm.A képérzékelő egyidejűleg kilenc színfolyam képét méri hatékonyan.A hagyományos dikroikus tükörtömböktől eltérően a kifejlesztett dikroikus tükörtömb egyedi, kétrészes konfigurációval rendelkezik, amely nemcsak az egyidejűleg mérhető színek számát növeli, hanem az egyes színfolyamok képfelbontását is javítja.A kifejlesztett kilencszínű spektrométert négykapilláris elektroforézishez használják.Nyolc, az egyes kapillárisokban egyidejűleg vándorló festék egyidejű kvantitatív elemzése kilencszínű lézerrel indukált fluoreszcenciával.Mivel a kilencszínű spektrométer nemcsak ultra-kicsi és olcsó, hanem nagy fényárammal és elegendő spektrális felbontással is rendelkezik a legtöbb spektrális képalkotó alkalmazáshoz, széles körben használható különféle területeken.
A hiperspektrális és multispektrális képalkotás fontos részévé vált a csillagászatnak2, a távérzékelésnek a Föld-megfigyeléshez3,4, az élelmiszer- és vízminőség-ellenőrzésnek5,6, a műemlékvédelemnek és a régészetnek7, a törvényszéki tudománynak8, a sebészetnek9, az orvosbiológiai elemzésnek és diagnosztikának10,11 stb. 1. terület Nélkülözhetetlen technológia ,12,13.Az egyes emissziós pontok által kibocsátott fény spektrumának mérésére szolgáló módszerek a látómezőben (1) pontszkennelés („seprű”)14,15, (2) lineáris pásztázás („panicle”)16,17,18. , (3) hullámhossz pásztázás 19,20,21 és (4) kép22,23,24,25.Mindezen módszerek esetében a térbeli felbontás, a spektrális felbontás és az időbeli felbontás kompromisszumot mutat9,10,12,26.Ezenkívül a fénykibocsátás jelentős hatással van az érzékenységre, azaz a spektrális képalkotás jel-zaj viszonyára26.A fényáram, vagyis a fényfelhasználás hatékonysága egyenesen arányos az egyes fénypontok egységnyi idő alatt ténylegesen mért fénymennyiségének és a mért hullámhossz-tartomány teljes fénymennyiségének arányával.A (4) kategória megfelelő módszer, ha az egyes kibocsátó pontok által kibocsátott fény intenzitása vagy spektruma az idő múlásával változik, vagy ha az egyes kibocsátó pontok helyzete idővel változik, mivel az összes kibocsátó pont által kibocsátott fény spektrumát egyidejűleg mérik.24.
A fenti módszerek többségét nagy, összetett és/vagy drága spektrométerekkel kombinálják, amelyek 18 rácsot vagy 14, 16, 22, 23 prizmát használnak az (1), (2) és (4) osztályokhoz vagy 20, 21 szűrőkorongokhoz, folyadékszűrőkhöz. .A (3) kategóriába tartozó kristályos hangolható szűrők (LCTF)25 vagy akusztikus-optikai hangolható szűrők (AOTF)19.Ezzel szemben a (4) kategóriájú többtükrös spektrométerek kicsik és olcsók az egyszerű konfigurációjuk miatt27,28,29,30.Ezen túlmenően nagy fényáramúak, mivel az egyes dikroikus tükrök által megosztott fényt (vagyis az egyes dikroikus tükrökön beeső fény átbocsátott és visszavert fényét) teljes mértékben és folyamatosan használják.Az egyidejűleg mérendő hullámhosszsávok (azaz színek) száma azonban körülbelül négyre korlátozódik.
A fluoreszcencia-detektáláson alapuló spektrális képalkotást gyakran használják multiplex elemzésre az orvosbiológiai detektálásban és diagnosztikában 10, 13 .A multiplexelés során, mivel több analit (pl. specifikus DNS vagy fehérjék) különböző fluoreszcens festékekkel van megjelölve, a látómező minden egyes emissziós pontján jelen lévő analitot többkomponensű analízissel számszerűsítenek.A 32. ábra lebontja az egyes emissziós pontok által kibocsátott detektált fluoreszcencia spektrumot.E folyamat során különböző színezékek, amelyek mindegyike más-más fluoreszcenciát bocsátanak ki, kolokalizálódhatnak, azaz térben és időben együtt létezhetnek.Jelenleg az egyetlen lézersugárral gerjeszthető festékek maximális száma nyolc33.Ezt a felső határt nem a spektrális felbontás (azaz a színek száma) határozza meg, hanem a fluoreszcencia spektrum szélessége (≥50 nm) és a festék mennyisége Stokes-eltolódás (≤200 nm) FRET-nél (FRET használatával)10 .A színek számának azonban nagyobbnak vagy egyenlőnek kell lennie, mint a festékek száma, hogy kiküszöböljük a kevert színezékek spektrális átfedését31,32.Ezért az egyidejűleg mért színek számát nyolcra vagy többre kell növelni.
A közelmúltban egy ultrakompakt heptakroikus spektrométert fejlesztettek ki (egy sor heptikroikus tükörrel és egy képérzékelővel négy fluoreszcens fluxus mérésére).A spektrométer két-három nagyságrenddel kisebb, mint a hagyományos, rácsot vagy prizmát használó spektrométer34,35.Nehéz azonban hétnél több dikroikus tükröt elhelyezni egy spektrométerben, és egyidejűleg hétnél több színt mérni36,37.A dikroikus tükrök számának növekedésével a dikroikus fényáramok optikai útjainak hosszában a maximális különbség növekszik, és nehézzé válik az összes fényáram egy szenzoros síkon való megjelenítése.A fényáram leghosszabb optikai úthossza is megnő, így a spektrométer apertúrájának szélessége (vagyis a spektrométer által elemzett fény maximális szélessége) csökken.
A fenti problémákra válaszul egy ultrakompakt kilencszínű spektrométert fejlesztettek ki kétrétegű „dikroikus” dekakromatikus tükörtömbbel és egy pillanatnyi spektrális képalkotáshoz alkalmas képérzékelővel [(4) kategória].A korábbi spektrométerekhez képest a kifejlesztett spektrométernél kisebb a különbség a maximális optikai úthosszban és kisebb a maximális optikai úthossz.Alkalmazták négykapilláris elektroforézisben a lézer által kiváltott kilenc szín fluoreszcenciájának kimutatására és nyolc festék egyidejű vándorlásának számszerűsítésére minden kapillárisban.Mivel a kifejlesztett spektrométer nemcsak ultrakicsi és olcsó, hanem nagy fényárammal és a legtöbb spektrális képalkotó alkalmazáshoz elegendő spektrális felbontással is rendelkezik, széles körben használható különféle területeken.
A hagyományos kilencszínű spektrométer a 2. ábrán látható.1a.Kialakítása követi a korábbi ultra-kisméretű hétszínes spektrométerét, a 31-et. Kilenc, vízszintesen, 45°-os szögben jobbra elhelyezett dikroikus tükörből áll, a képérzékelő (S) pedig a kilenc dikroikus tükör felett helyezkedik el.Az alulról beáramló fényt (C0) kilenc dikroikus tükörből álló tömb kilenc, felfelé haladó fényáramra osztja (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 és C9).Mind a kilenc színfolyam közvetlenül a képérzékelőhöz kerül, és egyidejűleg észlelhető.Ebben a tanulmányban a C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 és C9 hullámhossz szerinti sorrendben vannak, és bíbor, ibolya, kék, cián, zöld, sárga, narancs, vörös-narancs és piros, ill.Bár ezeket a színmegjelöléseket használja ez a dokumentum, amint az a 3. ábrán is látható, mert eltérnek az emberi szem által látott színektől.
Hagyományos és új kilencszínű spektrométerek sematikus diagramjai.a) Hagyományos kilencszínű spektrométer kilenc dikroikus tükörrel.(b) Új kilencszínű spektrométer kétrétegű dikroikus tükörsorral.A C0 beeső fényáramot kilenc színes C1-C9 fényáramra osztják, és az S képérzékelő érzékeli.
A kifejlesztett új, kilencszínű spektrométer kétrétegű dikroikus tükörrácsot és képérzékelőt tartalmaz, amint azt az 1b. ábra mutatja.Az alsó szinten öt dikroikus tükör van 45°-kal jobbra döntve, a dekamerek tömbjének közepétől jobbra igazítva.A legfelső szinten öt további dikroikus tükör 45°-kal balra döntve középről balra helyezkedik el.Az alsó réteg bal szélső dikroikus tükre és a felső réteg jobb szélső dikroikus tükre átfedi egymást.A beeső fényáramot (C0) alulról négy kimenő kromatikus fluxusra (C1-C4) osztja fel öt dikroikus tükör a jobb oldalon és öt kimenő kromatikus fényáramot (C5-C4) öt dikroikus tükör a bal oldalon C9).A hagyományos kilencszínű spektrométerekhez hasonlóan mind a kilenc színáramot közvetlenül a képérzékelőbe (S) fecskendezik, és egyidejűleg érzékelik.Az 1a és 1b ábrákat összehasonlítva látható, hogy az új kilenc szín spektrométer esetében a kilenc színfluxus legnagyobb különbsége és leghosszabb optikai úthossza is felére csökken.
A 29 mm (szélesség) × 31 mm (mélység) × 6 mm (magasság) méretű ultrakicsi, kétrétegű dikroikus tükörtömb részletes felépítése a 2. ábrán látható. A decimális dikroikus tükörtömb öt dikroikus tükörtömbből áll a jobb oldalon. (M1-M5) és öt dikroikus tükör a bal oldalon (M6-M9 és egy másik M5), mindegyik dikroikus tükör a felső alumínium tartóba van rögzítve.Minden dikroikus tükör lépcsőzetesen van elrendezve, hogy kompenzálja a tükrökön keresztüli áramlás törése miatti párhuzamos elmozdulást.Az M1 alatt egy sáváteresztő szűrő (BP) van rögzítve.Az M1 és a BP méretei: 10 mm (hosszú oldal) x 1,9 mm (rövid oldal) x 0,5 mm (vastagság).A fennmaradó dikroikus tükrök mérete 15 mm × 1,9 mm × 0,5 mm.Az M1 és M2 közötti mátrixosztás 1,7 mm, míg a többi dikroikus tükör mátrixosztása 1,6 mm.ábrán.A 2c. ábra a C0 beeső fényáramot és a kilenc színes C1-C9 fényáramot egyesíti, amelyeket tükrökből álló kamrás mátrix választ el.
Kétrétegű dikroikus tükörmátrix felépítése.(a) Perspektivikus nézet és (b) egy kétrétegű dikroikus tükörtömb keresztmetszete (29 mm x 31 mm x 6 mm méretben).Öt dikroikus tükörből (M1-M5) található az alsó rétegben, öt dikroikus tükörből (M6-M9 és egy másik M5) a felső rétegben, és egy sávszűrőből (BP), amely az M1 alatt található.(c) Keresztmetszeti nézet függőleges irányban, C0 és C1-C9 átfedéssel.
A nyílás szélessége vízszintes irányban, amelyet a 2. c. ábrán a C0 szélesség jelzi, 1 mm, a 2. ábra síkjára merőleges irányban pedig c, amelyet az alumínium tartó kialakítása ad meg, – 7 mm.Vagyis az új kilencszínű spektrométer nagy, 1 mm × 7 mm-es rekesznyílással rendelkezik.A C4 optikai útja a leghosszabb a C1-C9 között, és a C4 optikai útja a dikroikus tükörtömbön belül a fenti ultrakis méret (29 mm × 31 mm × 6 mm) miatt 12 mm.Ugyanakkor a C5 optikai úthossza a legrövidebb a C1-C9 között, a C5 optikai úthossza pedig 5,7 mm.Ezért az optikai úthossz közötti maximális különbség 6,3 mm.A fenti optikai úthosszakat az M1-M9 és a BP (kvarcból) optikai átvitelének optikai úthosszára korrigáltuk.
A М1−М9 és a VR spektrális tulajdonságait úgy számítjuk ki, hogy a С1, С2, С3, С4, С5, С6, С7, С8 és С9 fluxusok az 520–540, 540–560, 560–58080 hullámhossz tartományba esnek. –600, 600–620, 620–640, 640–660, 660–680, illetve 680–700 nm.
A dekakromatikus tükrök gyártott mátrixának fényképe a 3a. ábrán látható.Az M1-M9 és a BP az alumínium tartó 45°-os lejtőjére és vízszintes síkjára van ragasztva, míg az M1 és BP az ábra hátulján van elrejtve.
Egy sor dekántükör gyártása és bemutatása.a) Készített dekakromatikus tükrök sorozata.b) Egy 1 mm × 7 mm-es, kilenc színből álló osztott kép egy sor dekakromatikus tükör elé helyezett és fehér fénnyel megvilágított papírlapra vetítve.(c) Egy sor dekokromatikus tükör, fehér fénnyel hátulról megvilágítva.(d) A dekántükörtömbből kiáramló kilenc színű hasadó áram, amelyet úgy figyeltünk meg, hogy füsttel teli akrilpalackot helyezünk a dekán tükörsor elé a c pontban, és elsötétítjük a helyiséget.
Az M1-M9 C0 mért átviteli spektruma 45°-os beesési szögnél és a BP C0 mért transzmissziós spektruma 0°-os beesési szögnél az 1-1.4a.A C1-C9 átviteli spektruma a C0-hoz viszonyítva az 1-1.4b.Ezeket a spektrumokat a 1-1.A 4a. ábra C1-C9 optikai útvonalának megfelelően.1b. és 2c.Például 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)], ahol TS(X) és [ 1 − TS(X)] X transzmissziós és reflexiós spektruma.A 4b. ábrán látható módon a C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 és C9 sávszélességei (sávszélesség ≥50%) 521-540, 541-562, 563-580, 581-602, 603 -623, 624-641, 642-657, 659-680 és 682-699 nm.Ezek az eredmények összhangban vannak a kidolgozott tartományokkal.Emellett a C0 fény hasznosítási hatékonysága magas, vagyis az átlagos maximális C1-C9 fényáteresztés 92%.
Egy dikroikus tükör és egy osztott kilencszínű fluxus átviteli spektruma.(a) M1-M9 mért transzmissziós spektruma 45°-os incidenciánál és BP 0°-os incidenciánál.(b) A C1–C9 átviteli spektruma a C0-hoz viszonyítva, az a) pontból számítva.
ábrán.A 3c. ábrán a dikroikus tükrök tömbje függőlegesen helyezkedik el úgy, hogy a 3a. ábrán a jobb oldala a felső oldal, és a kollimált LED (C0) fehér sugárja háttérvilágítású.A 3a. ábrán látható dekakromatikus tükrök tömbje 54 mm (magasság) × 58 mm (mélység) × 8,5 mm (vastagság) adapterbe van szerelve.ábrán.ábrán látható állapot mellett, a 3d.A 3c. ábrán egy füsttel teli akriltartályt helyeztek el egy sor dekokromatikus tükör elé, miközben a szobában lekapcsolták a világítást.Ennek eredményeként kilenc dikroikus patak látható a tartályban, amelyek egy sor dekakromatikus tükörből erednek.Minden megosztott folyam téglalap alakú, 1 × 7 mm-es keresztmetszettel rendelkezik, amely megfelel az új kilencszínű spektrométer apertúrájának.A 3b. ábrán egy papírlapot helyezünk a 3c. ábrán látható dikroikus tükrök sora elé, és kilenc dikroikus folyam 1 x 7 mm-es, a papírra vetített képe látható a papír mozgásának irányából.patakok.ábrán látható kilenc színelválasztási folyam.A 3b és d a C4, C3, C2, C1, C5, C6, C7, C8 és C9 felülről lefelé, ami az 1. és 2. ábrán is látható. 1b és 2c.A hullámhosszuknak megfelelő színekben figyelhetők meg.A LED alacsony fehér fényintenzitása miatt (lásd az S3 kiegészítő ábrát) és a C9 (682–699 nm) rögzítésére használt színes kamera érzékenysége miatt. Más felosztási áramlások gyengék.Hasonlóképpen, a C9 halványan látható volt szabad szemmel.Eközben a C2 (a második folyam felülről) zöldnek tűnik a 3. ábrán, de szabad szemmel sárgábbnak tűnik.
A 3c. ábráról a d-re való átmenetet az 1. kiegészítő videó mutatja be. Közvetlenül azután, hogy a LED-ből érkező fehér fény áthalad a dekakromatikus tükörtömbön, egyidejűleg kilenc színfolyamra bomlik.Végül a kádban lévő füst fokozatosan felülről lefelé oszlott, így a kilenc színes por is eltűnt fentről lefelé.Ezzel szemben a 2. kiegészítő videóban, amikor a dekakromatikus tükrök tömbjére beeső fényáram hullámhosszát hosszúról rövidre változtatták 690, 671, 650, 632, 610, 589, 568, 550 és 532 nm nagyságrendben. ., Csak a kilenc osztott adatfolyam megfelelő megosztott adatfolyama jelenik meg a következő sorrendben: C9, C8, C7, C6, C5, C4, C3, C2 és C1.Az akriltartályt kvarcmedence váltja fel, és az egyes söntött áramlások pelyhei a lejtős felfelé irányból jól megfigyelhetők.Ezenkívül a 3 alvideót úgy szerkesztik, hogy a 2 alvideó hullámhossz-változási részét újra lejátsszák.Ez a legbeszédesebb kifejezése a dekokromatikus tükrök jellemzőinek.
A fenti eredmények azt mutatják, hogy a legyártott dekakromatikus tükörtömb vagy az új kilencszínű spektrométer rendeltetésszerűen működik.Az új, kilencszínű spektrométert úgy alakították ki, hogy egy sor dekakromatikus tükröt adapterrel közvetlenül a képérzékelő kártyára szerelnek fel.
400-750 nm hullámhossz-tartományú fényáram, amelyet négy φ50 μm-es sugárzási pont bocsát ki, amelyek 1 mm-es intervallumokban helyezkednek el a 2c. ábra síkjára merőleges irányban. 31., 34. kutatások. A négylencsés tömb az négy φ1 mm-es objektív 1,4 mm-es gyújtótávolsággal és 1 mm-es osztásközzel.Négy kollimált folyam (négy C0) esik egy új, kilencszínű spektrométer DP-jére, 1 mm-es távközzel.Dikroikus tükrök tömbje minden folyamot (C0) kilenc színfolyamra (C1-C9) oszt fel.A kapott 36 adatfolyamot (négy C1-C9 készlet) ezután közvetlenül egy CMOS (S) képérzékelőbe fecskendezik, amely közvetlenül egy sor dikroikus tükörhöz van csatlakoztatva.Ennek eredményeként, amint az 5a. ábrán látható, a kis maximális optikai útkülönbség és a rövid maximális optikai út miatt mind a 36 folyam képét egyidejűleg és egyértelműen azonos méretben detektáltuk.A downstream spektrumok szerint (lásd az S4 kiegészítő ábrát) a négy C1, C2 és C3 csoport képintenzitása viszonylag alacsony.Harminchat kép 0,57 ± 0,05 mm méretű volt (átlag ± SD).Így a kép nagyítása átlagosan 11,4 volt.A képek közötti függőleges távolság átlagosan 1 mm (ugyanaz a távolság, mint egy lencsetömbnél), a vízszintes távolság pedig átlagosan 1,6 mm (ugyanaz a távolság, mint egy dikroikus tükörtömbnél).Mivel a képméret jóval kisebb, mint a képek közötti távolság, minden kép egymástól függetlenül mérhető (alacsony áthallás mellett).Eközben az előző tanulmányunkban használt hagyományos hétszínes spektrométerrel rögzített huszonnyolc folyam képét az 5B. ábra mutatja. A hét dikroikus tükörből álló tömböt úgy hoztuk létre, hogy eltávolítottuk a két jobb szélső dikroikus tükröt a kilenc dikroikus tömbből. tükrök az 1a. ábrán.Nem minden kép éles, a képméret C1-ről C7-re nő.Huszonnyolc kép 0,70 ± 0,19 mm méretű.Így minden képen nehéz fenntartani a nagy felbontást.A 28-as képméret variációs együtthatója (CV) az 5b. ábrán 28% volt, míg az 5a. ábrán a 36-os képméret CV-je 9%-ra csökkent.A fenti eredmények azt mutatják, hogy az új kilencszínű spektrométer nemcsak hétről kilencre növeli az egyidejűleg mért színek számát, hanem az egyes színeknél magas képfelbontással is rendelkezik.
Hagyományos és új spektrométerekkel képzett osztott kép minőségének összehasonlítása.(a) Az új kilencszínű spektrométer által generált kilenc színnel elválasztott képek négy csoportja (C1-C9).(b) Hagyományos hétszín spektrométerrel előállított négy hét színnel elválasztott képsorozat (C1-C7).A 400 és 750 nm közötti hullámhosszú fluxusok (C0) négy emissziós pontból kollimálódnak és minden spektrométeren beesnek.
A kilencszínű spektrométer spektrális jellemzőit kísérletileg értékelték ki, és az értékelési eredményeket a 6. ábra mutatja. A 6a. ábra ugyanazokat az eredményeket mutatja, mint az 5a. ábra, azaz 4 C0 400–750 nm hullámhosszon mind a 36 kép érzékelhető. (4 csoport C1–C9).Ellenkezőleg, ahogy az a 6b–j ábrán látható, amikor minden C0 fajlagos hullámhossza 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670 vagy 690 nm, szinte csak négy megfelelő kép létezik (négy C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 vagy C9).A négy megfelelő kép melletti képek némelyike ​​azonban nagyon gyengén detektálható, mivel a 4b. ábrán látható C1–C9 átviteli spektrumok kissé átfedik egymást, és mindegyik C0-nak van egy 10 nm-es sávja egy adott hullámhosszon, amint azt a módszerben leírtuk.Ezek az eredmények összhangban vannak a 1-3. ábrán látható C1-C9 átviteli spektrumokkal.Más szóval, a kilenc szín spektrométer a várt módon működik az 1. ábrán látható eredmények alapján.4b.Ezért arra a következtetésre jutottunk, hogy a C1-C9 képintenzitás-eloszlás minden C0 spektruma.
Egy kilencszínű spektrométer spektrális jellemzői.Az új kilencszínű spektrométer négy sorozat kilenc színnel elválasztott képet (C1-C9) állít elő, ha a beeső fény (négy C0) hullámhossza (a) 400-750 nm (ahogy az 5a), (b) ábrán látható. 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, illetőleg.
A kifejlesztett kilencszínű spektrométert négykapilláris elektroforézishez használták (a részleteket lásd a Kiegészítő anyagokban)31,34,35.A négykapilláris mátrix négy kapillárisból áll (külső átmérője 360 ​​μm és belső átmérője 50 μm), amelyek 1 mm-es időközönként helyezkednek el a lézeres besugárzás helyén.8 festékkel jelölt DNS-fragmenseket tartalmazó minták, nevezetesen FL-6C (1. festék), JOE-6C (2. festék), dR6G (3. festék), TMR-6C (4. festék), CXR-6C (5. festék), TOM- 6C (6. festék), LIZ (7. festék) és WEN (8. festék) a fluoreszcens hullámhossz növekvő sorrendjében, a négy kapillárisban (a továbbiakban Cap1, Cap2, Cap3 és Cap4) elválasztva.A Cap1-Cap4 lézerrel indukált fluoreszcenciáját négy lencséből álló sorral kollimáltuk, és egyidejűleg kilencszínű spektrométerrel rögzítettük.A kilencszínű (C1-C9) fluoreszcencia intenzitásdinamikája elektroforézis során, azaz minden egyes kapilláris kilencszínű elektroforegramja a 7a. ábrán látható.Egy ekvivalens kilencszínű elektroforegramot kapunk a Cap1-Cap4-ben.Amint azt a 7a. ábrán a Cap1 nyilak jelzik, minden kilencszínű elektroforegram nyolc csúcsa egy-egy fluoreszcens emissziót mutat a Dye1-Dye8-ból.
Nyolc színezőanyag egyidejű mennyiségi meghatározása kilencszínű négykapilláris elektroforézis spektrométerrel.(a) Mindegyik kapilláris kilencszínű (C1-C9) elektroforegramja.A Cap1 nyilakkal jelölt nyolc csúcs nyolc színezék egyedi fluoreszcencia kibocsátását mutatja (Dye1-Dye8).A nyilak színei megfelelnek a (b) és (c) színeknek.(b) Nyolc festék (Dye1-Dye8) fluoreszcencia spektruma kapillárisonként.c Nyolc festék (Dye1-Dye8) elektroferogramja kapillárisonként.A Dye7-el jelölt DNS-fragmensek csúcsait nyilak jelzik, és Cap4-bázishosszukat.
A C1–C9 intenzitáseloszlását nyolc csúcson az 1-1.7b.Mivel mind a C1-C9, mind a Dye1-Dye8 hullámhossz-sorrendben van, a 7b. ábra nyolc eloszlása ​​balról jobbra sorrendben mutatja a Dye1-Dye8 fluoreszcencia spektrumát.Ebben a tanulmányban a Dye1, Dye2, Dye3, Dye4, Dye5, Dye6, Dye7 és Dye8 bíbor, ibolya, kék, cián, zöld, sárga, narancssárga és piros színben jelenik meg.Megjegyezzük, hogy a 7a. ábrán látható nyilak színei megfelelnek a 7b. ábra festékszíneinek.A C1-C9 fluoreszcencia intenzitását a 7b. ábrán minden egyes spektrumhoz úgy normalizáltuk, hogy összegük egy legyen.Nyolc ekvivalens fluoreszcencia spektrumot kaptunk a Cap1-Cap4-ből.Egyértelműen megfigyelhető a fluoreszcencia spektrális átfedése az 1-8 festék között.
Amint a 7c. ábrán látható, minden egyes kapilláris esetében a 7a. ábrán látható kilenc színű elektroforogramot nyolc festékből álló elektroferogrammá alakítottuk át többkomponensű elemzéssel a 7b. ábra nyolc fluoreszcencia spektruma alapján (a részletekért lásd a Kiegészítő anyagokat).Mivel a 7a. ábrán a fluoreszcencia spektrális átfedése a 7c. ábrán nem látható, a Dye1-Dye8 minden időpontban egyedileg azonosítható és mennyiségileg meghatározható, még akkor is, ha a Dye1-Dye8 különböző mennyiségei fluoreszkálnak egyszerre.Ez a hagyományos hétszínes érzékeléssel31 nem valósítható meg, a kifejlesztett kilencszínű érzékeléssel viszont igen.Amint azt a Cap1 nyilak mutatják a 7c. ábrán, csak a fluoreszcens emissziós szingulett a Dye3 (kék), a Dye8 (piros), a Dye5 (zöld), a Dye4 (cián), a Dye2 (lila), a Dye1 (bíbor) és a Dye6 (sárga) ) a várt időrendi sorrendben figyelhetők meg.A 7-es (narancssárga) festék fluoreszcens emissziójához a narancssárga nyíllal jelzett egyetlen csúcson kívül számos más egyedi csúcs is megfigyelhető.Ez az eredmény annak köszönhető, hogy a minták méretstandardokat, Dye7-tel jelölt DNS-fragmenseket tartalmaztak különböző bázishosszúsággal.Amint a 7c. ábrán látható, a Cap4 esetében ezek az alaphosszak 20, 40, 60, 80, 100, 114, 120, 140, 160, 180, 200, 214 és 220 alaphosszak.
A kétrétegű dikroikus tükrök mátrixával kifejlesztett kilencszínű spektrométer fő jellemzői a kis méret és az egyszerű kialakítás.ábrán látható adapter belsejében lévő dekakromatikus tükrök tömbje.A 3c. ábrán közvetlenül a képérzékelő kártyára szerelve (lásd az S1 és S2 ábrát) a kilencszínű spektrométer méretei megegyeznek az adapterével, azaz 54 × 58 × 8,5 mm.(vastagság) .Ez az ultra-kis méret két-három nagyságrenddel kisebb, mint a hagyományos spektrométerek, amelyek rácsot vagy prizmát használnak.Ezen túlmenően, mivel a kilencszínű spektrométer úgy van kialakítva, hogy a fény merőlegesen éri a képérzékelő felületét, könnyen elkülöníthető hely a kilencszínű spektrométer számára olyan rendszerekben, mint a mikroszkópok, áramlási citométerek vagy analizátorok.Kapilláris rácsos elektroforézis analizátor a rendszer még nagyobb miniatürizálásához.Ugyanakkor a kilencszínű spektrométerben használt tíz dikroikus tükör és sávszűrő mérete mindössze 10×1,9×0,5 mm vagy 15×1,9×0,5 mm.Így egy dikroikus tükörből, illetve egy 60 mm2-es sávszűrőből több mint 100 ilyen kis dikroikus tükör, illetve sávszűrő vágható ki.Ezért egy sor dekakromatikus tükör is előállítható alacsony költséggel.
A kilencszínű spektrométer másik jellemzője a kiváló spektrális jellemzői.Különösen lehetővé teszi a pillanatfelvételek spektrális képeinek beszerzését, vagyis a képek egyidejű felvételét spektrális információval.Minden egyes képhez egy folytonos spektrumot kaptunk 520-700 nm hullámhossz-tartományban és 20 nm-es felbontással.Más szavakkal, minden képhez kilenc színintenzitású fényt detektálunk, azaz kilenc 20 nm-es sávot, amelyek egyenlően osztják el az 520-700 nm-es hullámhossz-tartományt.A dikroikus tükör és a sávszűrő spektrális jellemzőinek változtatásával a kilenc sáv hullámhossz-tartománya és az egyes sávok szélessége beállítható.A kilenc színérzékelés nemcsak spektrális képalkotással végzett fluoreszcencia mérésekhez használható (a jelentésben leírtak szerint), hanem sok más, spektrális képalkotást használó általános alkalmazásban is.Bár a hiperspektrális képalkotás több száz színt képes észlelni, azt találták, hogy még a detektálható színek számának jelentős csökkenésével is számos alkalmazáshoz kellő pontossággal azonosítható több objektum a látómezőben38,39,40.Mivel a térbeli felbontás, a spektrális felbontás és az időbeli felbontás kompromisszumot jelent a spektrális képalkotásban, a színek számának csökkentése javíthatja a térbeli és az időbeli felbontást.Használhat olyan egyszerű spektrométereket is, mint amilyet ebben a tanulmányban fejlesztettek ki, és tovább csökkentheti a számítások mennyiségét.
Ebben a vizsgálatban nyolc színezéket egyidejűleg számszerűsítettek átfedő fluoreszcenciaspektrumuk spektrális elválasztásával kilenc szín kimutatása alapján.Egyszerre akár kilenc színezék mennyiségét is meg lehet határozni, amelyek időben és térben együtt léteznek.A kilencszínű spektrométer különleges előnye a nagy fényáram és a nagy apertúra (1 × 7 mm).A dekán tükörtömb a nyílásból érkező fény maximális áteresztése 92%-a a kilenc hullámhossz-tartomány mindegyikében.Az 520-700 nm hullámhossz-tartományban beeső fény felhasználásának hatékonysága közel 100%.Ilyen széles hullámhossz-tartományban egyetlen diffrakciós rács sem tud ilyen nagy hatékonyságot biztosítani.Még ha egy diffrakciós rács diffrakciós hatásfoka egy bizonyos hullámhosszon meghaladja a 90%-ot, az adott hullámhossz és egy adott hullámhossz közötti különbség növekedésével a diffrakciós hatásfok egy másik hullámhosszon csökken41.A 2c. ábrán a sík irányára merőleges rekesznyílás 7 mm-ről a képérzékelő szélességére bővíthető, például a jelen tanulmányban használt képérzékelő esetében, a dekamer tömb enyhe módosításával.
A kilencszínű spektrométer nemcsak kapilláris elektroforézisre használható, amint az ebben a tanulmányban látható, hanem különféle egyéb célokra is.Például, amint az az alábbi ábrán látható, egy kilencszínű spektrométer alkalmazható egy fluoreszcens mikroszkópra.A minta síkja egy 10-szeres objektíven keresztül jelenik meg a kilencszínű spektrométer képérzékelőjén.Az objektív és a képérzékelő közötti optikai távolság 200 mm, míg a kilencszínű spektrométer és a képérzékelő beeső felülete közötti optikai távolság mindössze 12 mm.Ezért a képet a beesési síkban megközelítőleg a rekesznyílás méretére (1 × 7 mm) vágtuk, és kilenc színes képre osztottuk.Vagyis a mintasíkban egy 0,1×0,7 mm-es területen egy kilencszínű pillanatfelvétel spektrális képe készíthető.Ezenkívül lehetőség van a mintasíkon egy nagyobb terület kilencszínű spektrális képére is, ha a mintát a 2c. ábrán látható objektívhez viszonyítva vízszintes irányban pásztázzuk.
A dekakromatikus tükörtömb komponenseket, nevezetesen az M1-M9-et és a BP-t az Asahi Spectra Co., Ltd. szabványos kicsapási módszerekkel egyedileg készítette.A többrétegű dielektromos anyagokat egyenként tíz 60 × 60 mm méretű és 0,5 mm vastagságú kvarclemezre vitték fel, amelyek megfeleltek a következő követelményeknek: M1: IA = 45°, R ≥ 90% 520–590 nm-en, Tave ≥ 90% 610-nél 610 nm.700 nm, M2: IA = 45°, R ≥ 90% 520-530 nm-en, Tave ≥ 90% 550-600 nm-en, M3: IA = 45°, R ≥ 90% 540-550 nm-en, Tave ≥ 90 % 570–600 nm-en, M4: IA = 45°, R ≥ 90% 560–570 nm-en, Tave ≥ 90% 590–600 nm-en, M5: IA = 45°, R ≥ 98% 580–600 nm-en , R ≥ 98% 680–700 nm-en, M6: IA = 45°, Tave ≥ 90% 600–610 nm-en, R ≥ 90% 630–700 nm-en, M7: IA = 45°, R ≥ 90% 620–630 nm, Taw ≥ 90% 650–700 nm-en, M8: IA = 45°, R ≥ 90% 640–650 nm-en, Taw ≥ 90% 670–700 nm-en, M9: IA, R = 45° ≥ 90% 650-670 nm-en, Tave ≥ 90% 690-700 nm-en, BP: IA = 0°, T ≤ 0,01% 505 nm-en, Tave ≥ 95% 530-690% ≥ 90 nm-en -690 nm-en és T ≤ 1% 725-750 nm-en, ahol IA, T, Tave és R a beesési szög, az áteresztőképesség, az átlagos áteresztőképesség és a polarizálatlan fényvisszaverődés.
A LED-fényforrás (AS 3000, AS ONE CORPORATION) által kibocsátott, 400–750 nm hullámhossz-tartományú fehér fényt (C0) kollimáltak, és függőlegesen beestek egy dikroikus tükörtömb DP-jére.A LED-ek fehér fényspektruma az S3 kiegészítő ábrán látható.Helyezzen egy akriltartályt (150 × 150 × 30 mm méretű) közvetlenül a dekamerás tükörsor elé, a tápegységgel szemben.A szárazjég vízbe merítésekor keletkező füstöt ezután akriltartályba öntötték, hogy megfigyeljék a dekakromatikus tükrök sorozatából kiáramló kilenc színű C1-C9 hasított áramokat.
Alternatív megoldásként a kollimált fehér fényt (C0) egy szűrőn engedik át, mielőtt belépne a DP-be.A szűrők eredetileg 0,6 optikai sűrűségű semleges sűrűségű szűrők voltak.Ezután használjon motoros szűrőt (FW212C, FW212C, Thorlabs).Végül kapcsolja vissza az ND szűrőt.A kilenc sávszűrő sávszélessége rendre C9, C8, C7, C6, C5, C4, C3, C2 és C1.Egy 40 (optikai hossz) x 42,5 (magasság) x 10 mm (szélesség) belső méretű kvarccellát helyeztek el egy sor dekokromatikus tükör elé, szemben a BP-vel.A füstöt ezután egy csövön keresztül a kvarccellába vezetik, hogy fenntartsák a füstkoncentrációt a kvarccellában, és így láthatóvá váljanak a dekakromatikus tükörtömbből kiáramló kilenc színű C1-C9 megosztott áramok.
Az iPhone XS-en időzített módban készült videó a dekáni tükrök sorából kiáramló kilenc színű megosztott fényáramról.Készítsen képeket a jelenetről 1 képkocka/mp sebességgel, és állítsa össze a képeket 30 fps (opcionális 1. videó esetén) vagy 24 fps (opcionális 2. és 3. videó esetén) videó készítéséhez.
Helyezzen egy 50 µm vastag rozsdamentes acéllemezt (négy 50 µm átmérőjű lyukkal 1 mm-es időközönként) a diffúziós lemezre.400-750 nm hullámhosszú fényt sugároznak be a diffúzor lemezre, amelyet halogénlámpa fényének 700 nm-es vágási hullámhosszú rövid áteresztő szűrőn való átengedésével nyernek.A fényspektrum az S4 kiegészítő ábrán látható.Alternatív megoldásként a fény az 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670 és 690 nm-es középpontú 10 nm-es sávszűrők egyikén is átjut, és eléri a diffúzor lemezt.Ennek eredményeként a diffúzorlappal szemközti rozsdamentes acéllemezen négy φ50 μm átmérőjű és különböző hullámhosszú sugárzási pont alakult ki.
Egy négy kapilláris tömb négy lencsével van felszerelve egy kilencszínű spektrométerre, ahogy az 1. és 2. ábrán látható. C1 és C2.A négy kapilláris és a négy lencse ugyanaz volt, mint a korábbi vizsgálatokban31,34.Egy 505 nm hullámhosszú, 15 mW teljesítményű lézersugarat egyidejűleg és egyenletesen sugároznak be oldalról négy kapilláris emissziós pontjára.Az egyes emissziós pontok által kibocsátott fluoreszcenciát a megfelelő lencse kollimálja, és egy sor dekakromatikus tükör választja szét kilenc színfolyamra.A kapott 36 streamet ezután közvetlenül egy CMOS képérzékelőbe (C11440-52U, Hamamatsu Photonics K·K.) fecskendezték be, és a képeiket egyidejűleg rögzítették.
ABI PRISM® BigDye® Primer Cycle Sequencing Ready Reaction Kit (Applied Biosystems), 4 µl GeneScan™ 600 LIZ™ festéket kevertünk össze minden egyes kapillárishoz 1 µl PowerPlex® 6C Matrix Standard (Promega Corporation) összekeverésével, 1 µl standard keverékmérettel.v2.0 (Thermo Fisher Scientific) és 14 µl víz.A PowerPlex® 6C Matrix Standard hat DNS-fragmensből áll, amelyek hat festékkel vannak megjelölve: FL-6C, JOE-6C, TMR-6C, CXR-6C, TOM-6C és WEN, a maximális hullámhossz sorrendjében.Ezeknek a DNS-fragmenseknek a bázishosszát nem ismertetik, de a WEN-nel, CXR-6C-vel, TMR-6C-vel, JOE-6C-vel, FL-6C-vel és TOM-6C-vel jelölt DNS-fragmensek bázishosszúságú szekvenciája ismert.Az ABI PRISM® BigDye® Primer Cycle Sequencing Ready Reaction Kitben lévő keverék egy dR6G festékkel jelölt DNS-fragmenst tartalmaz.A DNS-fragmensek bázisainak hosszát szintén nem hozták nyilvánosságra.A GeneScan™ 600 LIZ™ Dye Size Standard v2.0 36 LIZ-jelölt DNS-fragmenst tartalmaz.Ezeknek a DNS-fragmenseknek a bázishossza 20, 40, 60, 80, 100, 114, 120, 140, 160, 180, 200, 214, 220, 240, 250, 260, 280, 300, 33140 360, 380, 400, 414, 420, 440, 460, 480, 500, 514, 520, 540, 560, 580 és 600 alapon.A mintákat 94°C-on 3 percig denaturáltuk, majd 5 percig jégen hűtöttük.A mintákat mindegyik kapillárisba injektáltuk 26 V/cm feszültséggel 9 másodpercig, és mindegyik kapillárisban szétválasztottuk, amelyeket POP-7™ polimer oldattal (Thermo Fisher Scientific) töltöttek meg, effektív hosszúsága 36 cm, feszültsége 181 V/cm. 60°-os szögben.TÓL TŐL.
A jelen tanulmány során nyert vagy elemzett összes adat megtalálható ebben a publikált cikkben és a hozzá tartozó kiegészítő információkban.A tanulmány szempontjából releváns egyéb adatok ésszerű kérésre rendelkezésre állnak a megfelelő szerzőktől.
Khan, MJ, Khan, HS, Yousaf, A., Khurshid, K. és Abbas, A. A hiperspektrális képalkotó elemzés jelenlegi trendjei: áttekintés.Hozzáférés az IEEE 6, 14118–14129 szabványhoz.https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2812999 (2018).
Vaughan, AH csillagászati ​​interferometrikus Fabry-Perot spektroszkópia.telepítés.Astron tiszteletes.Asztrofizika.5, 139-167.https://doi.org/10.1146/annurev.aa.05.090167.001035 (1967).
Goetz, AFH, Wein, G., Solomon, JE and Rock, BN A Föld távérzékelési képeinek spektroszkópiája.Tudomány 228, 1147–1153.https://doi.org/10.1126/science.228.4704.1147 (1985).
Yokoya, N., Grohnfeldt, C. és Chanussot, J. Hiperspektrális és multispektrális adatok fúziója: a legújabb publikációk összehasonlító áttekintése.IEEE Földtudományok.Távérzékelés folyóirata.5:29–56.https://doi.org/10.1109/MGRS.2016.2637824 (2017).
Gowen, AA, O'Donnell, SP, Cullen, PJ, Downey, G. és Frias, JM A hiperspektrális képalkotás a minőségellenőrzés és az élelmiszerbiztonság új elemző eszköze.Trendek az élelmiszertudományban.technológia.18, 590-598.https://doi.org/10.1016/j.tifs.2007.06.001 (2007).
ElMasri, G., Mandour, N., Al-Rejaye, S., Belin, E. és Rousseau, D. A multispektrális képalkotás legújabb alkalmazásai a mag fenotípusának és minőségének monitorozására – áttekintés.Érzékelők 19, 1090 (2019).
Liang, H. Előrelépések a multispektrális és hiperspektrális képalkotásban a régészet és a művészetmegőrzés terén.Jelentkezzen a fizikai 106, 309-323.https://doi.org/10.1007/s00339-011-6689-1 (2012).
Edelman GJ, Gaston E., van Leeuwen TG, Cullen PJ és Alders MKG Hiperspektrális képalkotás a törvényszéki nyomok érintésmentes elemzéséhez.Kriminalistika.belső 223, 28-39.https://doi.org/10.1016/j.forscint.2012.09.012 (2012).