Tankewol foar it besykjen fan Nature.com.Jo brûke in browserferzje mei beheinde CSS-stipe.Foar de bêste ûnderfining riede wy oan dat jo in bywurke browser brûke (of kompatibiliteitsmodus útskeakelje yn Internet Explorer).Derneist, om trochgeande stipe te garandearjen, litte wy de side sjen sûnder stilen en JavaScript.
Toant in karrousel fan trije dia's tagelyk.Brûk de knoppen Foarige en Folgjende om troch trije dia's tagelyk te bewegen, of brûk de sliderknoppen oan 'e ein om troch trije dia's tagelyk te bewegen.
In ultra-kompakte (54 × 58 × 8.5 mm) en brede-aperture (1 × 7 mm) njoggen-kleuren spektrometer waard ûntwikkele, "split yn twa" troch in array fan tsien dichroic spegels, dat waard brûkt foar instantaneous spektrale imaging.De ynfallende ljochtflux mei in dwerstrochsneed lytser as de diafragmagrutte is ferdield yn in trochgeande strip 20 nm breed en njoggen kleurfluxen mei sintrale golflingten fan 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670 en 690 nm.Ofbyldings fan njoggen kleurstreamen wurde tagelyk effisjint metten troch de byldsensor.Oars as konvinsjonele dichroic spegel arrays, hat de ûntwikkele dichroic spegel rige in unike twa-stik konfiguraasje, dy't net allinnich fergruttet it oantal kleuren dat kin wurde mjitten tagelyk, mar ek ferbetteret ôfbylding resolúsje foar eltse kleur stream.De ûntwikkele njoggen-kleuren spektrometer wurdt brûkt foar fjouwer-kapillêre elektroforese.Simultane kwantitative analyze fan acht kleurstoffen dy't tagelyk migrearje yn elke kapillair mei njoggen-kleur laser-induzearre fluoreszinsje.Sûnt de njoggen-kleuren spektrometer is net allinnich ultra-lyts en goedkeap, mar hat ek hege ljochtflux en genôch spektrale resolúsje foar de measte spektrale imaging applikaasjes, it kin in soad brûkt wurde yn ferskate fjilden.
Hyperspektrale en multispektrale imaging is in wichtich ûnderdiel wurden fan astronomy2, remote sensing foar ierdobservaasje3,4, kontrôle fan iten en wetterkwaliteit5,6, keunstbehâld en argeology7, forensics8, sjirurgy9, biomedyske analyze en diagnostyk10,11 ensfh. Fjild 1 In ûnmisbere technology ,12,13.Metoaden foar it mjitten fan it spektrum fan ljocht útstjoerd troch elk punt fan emisje yn it sichtfjild binne ferdield yn (1) punt skennen ("bezem") 14,15, (2) lineêre skennen ("panicle")16,17,18 , (3) lingte scans weagen19,20,21 en (4) ôfbyldings22,23,24,25.Yn it gefal fan al dizze metoaden hawwe romtlike resolúsje, spektrale resolúsje en tydlike resolúsje in ôfwikseljende relaasje9,10,12,26.Derneist hat ljochtútfier in signifikante ynfloed op gefoelichheid, dat wol sizze de sinjaal-to-lûd-ferhâlding yn spektrale ôfbylding26.De ljochtflux, dat is, de effisjinsje fan it brûken fan ljocht, is direkt evenredich mei de ferhâlding fan 'e werklike mjitten hoemannichte ljocht fan elk ljochtpunt per ienheid tiid oan' e totale hoemannichte ljocht fan it mjitten golflingteberik.Kategory (4) is in passende metoade as de yntinsiteit of spektrum fan ljocht útstjoerd troch elk emittearjend punt feroaret mei de tiid of as de posysje fan elk emittearjend punt feroaret mei de tiid, om't it spektrum fan ljocht útstjoerd troch alle emittearjende punten tagelyk wurdt mjitten.24.
De measte fan 'e boppesteande metoaden wurde kombinearre mei grutte, komplekse en / of djoere spektrometers mei 18 gratings of 14, 16, 22, 23 prisma's foar klassen (1), (2) en (4) of 20, 21 filterskiven, floeistoffilters .Kristalline ynstelbere filters (LCTF) 25 of akoesto-optyske ynstelbere filters (AOTF) 19 fan kategory (3).Yn tsjinstelling binne kategory (4) multi-spegelspektrometers lyts en goedkeap troch har ienfâldige konfiguraasje27,28,29,30.Dêrnjonken hawwe se in hege ljochtflux, om't it ljocht dat dield wurdt troch elke dichroyske spegel (dat is it trochjûn en reflektearre ljocht fan it ynfallende ljocht op elke dichroyske spegel) folslein en kontinu brûkt wurdt.It oantal golflingtebanden (dat wol sizze kleuren) dat tagelyk mjitten wurde moat is lykwols beheind ta sa'n fjouwer.
Spektrale imaging basearre op fluoreszensje-deteksje wurdt faak brûkt foar multiplex-analyze yn biomedyske deteksje en diagnostyk 10, 13.By multiplexing, om't meardere analyten (bgl. spesifike DNA as aaiwiten) wurde markearre mei ferskate fluorescent kleurstoffen, wurdt elke analyt oanwêzich op elk emisjepunt yn it sichtfjild kwantifisearre mei multikomponentanalyse.32 brekt it ûntdutsen fluorescinsjespektrum ôf dat troch elk emisjepunt wurdt útstjoerd.Tidens dit proses kinne ferskate kleurstoffen, dy't elk in oare fluoreszinsje útstjitte, kolokalisearje, dat is, tegearre bestean yn romte en tiid.Op it stuit is it maksimum oantal kleurstoffen dat kin wurde opwekke troch ien laserstraal is acht33.Dizze boppegrins wurdt net bepaald troch de spektrale resolúsje (dat wol sizze, oantal kleuren), mar troch de breedte fan it fluorescensspektrum (≥50 nm) en de hoemannichte kleurstof Stokes ferskowing (≤200 nm) by FRET (mei FRET)10 .It oantal kleuren moat lykwols grutter wêze as of lyk oan it oantal kleurstoffen om de spektrale oerlaap fan mingde kleurstoffen te eliminearjen31,32.Dêrom is it nedich om it oantal tagelyk mjitten kleuren te ferheegjen nei acht of mear.
Koartlyn is in ultra-kompakte heptachroyske spektrometer (mei in array fan heptychroyske spegels en in byldsensor om fjouwer fluorescent fluxen te mjitten) ûntwikkele.De spektrometer is twa oant trije oarders fan grutte lytser as konvinsjonele spektrometers mei help fan gratings of prisma34,35.It is lykwols lestich om mear as sân dichroyske spegels yn in spektrometer te pleatsen en tagelyk mear as sân kleuren te mjitten36,37.Mei in tanimming fan it oantal dichroyske spegels nimt it maksimale ferskil yn 'e lingten fan' e optyske paden fan dichroyske ljochtfluxen ta, en wurdt it lestich om alle ljochtfluxen op ien sintúchlike fleantúch wer te jaan.De langste optyske paadlingte fan 'e ljochtflux nimt ek ta, sadat de breedte fan 'e spektrometeraperture (dus de maksimale breedte fan it troch de spektrometer analysearre ljocht) ôfnimt.
As antwurd op de boppesteande problemen, in ultra-kompakte njoggen-kleur spektrometer mei in twa-laach "dichroic" decachromatic spegel array en in byld sensor foar instantaneous spektrale imaging [kategory (4)] waard ûntwikkele.Yn ferliking mei eardere spektrometers hat de ûntwikkele spektrometer in lytser ferskil yn 'e maksimale optyske paadlingte en in lytsere maksimale optyske paadlingte.It is tapast op fjouwer-kapillêre elektroforese om laser-induzearre njoggen-kleur fluoreszinsje te detektearjen en de simultane migraasje fan acht kleurstoffen yn elke kapillair te kwantifisearjen.Sûnt de ûntwikkele spektrometer is net allinnich ultra-lyts en goedkeap, mar hat ek in hege ljocht flux en genôch spektrale resolúsje foar de measte spektrale imaging applikaasjes, it kin in soad brûkt wurde yn ferskate fjilden.
De tradisjonele njoggen-kleuren spektrometer wurdt werjûn yn fig.1a.It ûntwerp folget dat fan 'e foarige ultra-lytse sânkleurenspektrometer 31. It bestiet út njoggen dichroyske spegels dy't horizontaal yn in hoeke fan 45 ° nei rjochts arranzjearre binne, en de byldsensor (S) leit boppe de njoggen dichroyske spegels.It ljocht dat fan ûnderen ynkomt (C0) wurdt ferdield troch in array fan njoggen dichroyske spegels yn njoggen ljochtstreamen dy't omheech geane (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 en C9).Alle njoggen kleurstreamen wurde direkt nei de byldsensor fied en wurde tagelyk ûntdutsen.Yn dizze stúdzje binne C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 en C9 yn folchoarder fan golflingte en wurde fertsjintwurdige troch magenta, fiolet, blau, cyaan, grien, giel, oranje, read-oranje, en respektivelik red.Hoewol't dizze kleur oantsjuttings wurde brûkt yn dit dokumint, lykas werjûn yn figuer 3, omdat se ferskille fan de eigentlike kleuren sjoen troch it minsklik each.
Skematyske diagrammen fan konvinsjonele en nije njoggen-kleurenspektrometers.(a) Konvinsjonele njoggen-kleurenspektrometer mei in array fan njoggen dichroyske spegels.(b) Nije njoggen-kleuren spektrometer mei in twa-laach dichroic spegel array.De ynfallende ljochtflux C0 is ferdield yn njoggen kleurde ljochtfluxen C1-C9 en ûntdutsen troch de byldsensor S.
De ûntwikkele nije njoggen-kleur spektrometer hat in twa-laach dichroic spegel grating en in byld sensor, lykas werjûn yn figuer 1b.Yn 'e legere tier binne fiif dichroyske spegels 45° nei rjochts tilt, rjochts rjochts út it sintrum fan' e array fan decamers.Op it boppeste nivo wurde fiif ekstra dichroyske spegels 45° nei lofts tilt en leit fan it sintrum nei lofts.De meast lofterste dichroyske spegel fan 'e ûnderste laach en de rjochterste dichroyske spegel fan 'e boppeste laach oerlappe inoar.De ynfallende ljochtflux (C0) is fan ûnderen ferdield yn fjouwer útgeande chromatyske fluxen (C1-C4) troch fiif dichroatyske spegels rjochts en fiif útgeande chromatyske fluxen (C5-C4) troch fiif dichroatyske spegels op 'e lofter C9).Lykas konvinsjonele njoggen-kleurenspektrometers, wurde alle njoggen kleurstreamen direkt yn 'e byldsensor (S) ynjeksje en tagelyk ûntdutsen.Fergelykjen fan figueren 1a en 1b, men kin sjen dat yn it gefal fan de nije njoggen-kleur spektrometer, sawol it maksimum ferskil as de langste optyske paad lingte fan de njoggen kleur fluxen wurde halve.
De detaillearre konstruksje fan in ultra-lytse twa-laach dichroic spegel array 29 mm (breedte) × 31 mm (djipte) × 6 mm (hichte) wurdt werjûn yn figuer 2. De desimaal dichroic spegel rige bestiet út fiif dichroic spegels oan de rjochterkant (M1-M5) en fiif dichroic spegels oan de linkerkant (M6-M9 en in oare M5), elke dichroic spegel wurdt fêstmakke yn de boppeste aluminium beugel.Alle dichroïske spegels wurde ferpleatst om te kompensearjen foar parallelle ferpleatsing troch brekking fan 'e stream troch de spegels.Under M1 is in band-pass filter (BP) fêst.M1 en BP ôfmjittings binne 10 mm (lange kant) x 1,9 mm (koarte kant) x 0,5 mm (dikte).De ôfmjittings fan 'e oerbleaune dichroyske spegels binne 15 mm × 1,9 mm × 0,5 mm.De matrixpitch tusken M1 en M2 is 1,7 mm, wylst de matrixpitch fan oare dichroyske spegels 1,6 mm is.Op fig.2c kombinearret de ynfallende ljochtflux C0 en njoggen kleurde ljochtfluxen C1-C9, skieden troch in de-kammermatrix fan spegels.
Konstruksje fan in twa-laach dichroic spegel matrix.(a) In perspektyf werjefte en (b) in dwerstrochsneed werjefte fan in twa-laach dichroic spegel array (diminsjes 29 mm x 31 mm x 6 mm).It bestiet út fiif dichroic spegels (M1-M5) leit yn de legere laach, fiif dichroic spegels (M6-M9 en in oare M5) leit yn de boppeste laach, en in bandpass filter (BP) leit ûnder M1.(c) Cross-sectional werjefte yn fertikale rjochting, mei C0 en C1-C9 oerlaap.
De breedte fan 'e diafragma yn' e horizontale rjochting, oanjûn troch de breedte C0 yn figuer 2, c, is 1 mm, en yn 'e rjochting loodrecht op it fleantúch fan Fig. – 7 mm.Dat is, de nije njoggen-kleuren spektrometer hat in grutte diafragmagrutte fan 1 mm × 7 mm.It optyske paad fan C4 is it langste ûnder C1-C9, en it optyske paad fan C4 binnen de dichroyske spegel-array, fanwegen de boppeste ultra-lytse grutte (29 mm × 31 mm × 6 mm), is 12 mm.Tagelyk is de optyske paadlingte fan C5 de koartste ûnder C1-C9, en de optyske paadlingte fan C5 is 5.7mm.Dêrom, it maksimum ferskil yn optyske paad lingte is 6,3 mm.De boppesteande optyske paadlengten wurde korrizjearre foar de optyske paadlange foar optyske oerdracht fan M1-M9 en BP (fan kwarts).
De spektrale eigenskippen fan М1−М9 en VR wurde sa berekkene dat de fluxen С1, С2, С3, С4, С5, С6, С7, С8 en С9 binne yn it golflingteberik 520–540, 540–560, 560–58080, 560–580. respektivelik -600, 600-620, 620-640, 640-660, 660-680 en 680-700 nm.
In foto fan de produsearre matriks fan decachromatic spegels wurdt werjûn yn figuer 3a.M1-M9 en BP wurde lijm oan 'e 45-graden helling en horizontale fleantúch fan' e aluminium stipe, respektivelik, wylst M1 en BP binne ferburgen op 'e rêch fan' e figuer.
Produksje fan in array fan decan spegels en syn demonstraasje.(a) In array fan fabrisearre dekachromatyske spegels.(b) In 1 mm × 7 mm njoggen-kleur split ôfbylding projizearre op in blêd papier pleatst foar in array fan decachromatyske spegels en efterljocht mei wyt ljocht.(c) In array fan decochromatic spegels ferljochte mei wyt ljocht fan efteren.(d) Nine-kleur splitting stream út 'e decane spegel array, waarnommen troch it pleatsen fan in reek-fol acryl canister foar de decane spegel array by c en tsjusterderjende de keamer.
De mjitten oerdrachtspektra fan M1-M9 C0 by in ynfalshoek fan 45 ° en it mjitten oerdrachtspektrum fan BP C0 by in ynfalshoek fan 0 ° wurde werjûn yn Fig.4a.De oerdrachtspektra fan C1-C9 relatyf oan C0 wurde werjûn yn Fig.4b.Dizze spektra waarden berekkene út 'e spektra yn Fig.4a yn oerienstimming mei de optyske paad C1-C9 yn figuer 4a.1b en 2c.Bygelyks, 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)], wêrby't TS(X) en [1 - TS(X)] binne respektivelik de oerdracht- en refleksjespektra fan X.Lykas werjûn yn figuer 4b, binne de bânbreedtes (bânbreedte ≥50%) fan C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 en C9 521-540, 541-562, 563-580, 581-602, 603 -623, 624-641, 642-657, 659-680 en 682-699 nm.Dizze resultaten binne yn oerienstimming mei de ûntwikkele berik.Derneist is de effisjinsje fan C0-ljocht heech, dat is de gemiddelde maksimale C1-C9-ljochttransmittânsje is 92%.
Transmission spektra fan in dichroic spegel en in split njoggen-kleur flux.(a) Metten oerdrachtspektra fan M1-M9 by 45 ° ynfal en BP by 0 ° ynfal.(b) Oerdrachtspektra fan C1-C9 relatyf oan C0 berekkene út (a).
Op fig.3c, de rige fan dichroic spegels leit fertikaal, sadat syn rjochterkant yn Fig.. 3a is de boppekant en de wite beam fan de kollimearre LED (C0) is backlit.De array fan dekachromatyske spegels werjûn yn figuer 3a is monteard yn in adapter fan 54 mm (hichte) × 58 mm (djipte) × 8,5 mm (dikte).Op fig.3d, neist de steat werjûn yn fig.3c, in reekfolle acryl tank waard pleatst foar in array fan decochromatyske spegels, mei de ljochten yn 'e keamer útskeakele.As gefolch binne njoggen dichroyske streamen sichtber yn 'e tank, dy't fuortkomme út in array fan dekatroyske spegels.Elke splitstream hat in rjochthoekige dwerstrochsneed mei dimensjes fan 1 × 7 mm, wat oerienkomt mei de diafragmagrutte fan 'e nije njoggen-kleurenspektrometer.Yn figuer 3b wurdt in blêd papier pleatst foar de array fan dichroyske spegels yn figuer 3c, en in 1 x 7 mm-ôfbylding fan njoggen dichroyske streamen projizearre op it papier wurdt waarnommen út 'e rjochting fan papierbeweging.streamen.De njoggen kleurskiedingsstreamen yn fig.3b en d binne C4, C3, C2, C1, C5, C6, C7, C8 en C9 fan boppen nei ûnderen, dat is ek te sjen yn figueren 1 en 2. 1b en 2c.Se wurde waarnommen yn kleuren dy't oerienkomme mei har golflingten.Troch de lege wite ljochtintensiteit fan 'e LED (sjoch Oanfoljende Fig. S3) en de gefoelichheid fan' e kleurkamera dy't brûkt wurdt om C9 (682-699 nm) yn Fig.Op deselde manier wie C9 swak te sjen mei it bleate each.Undertusken, C2 (de twadde stream fan boppen) sjocht grien yn figuer 3, mar sjocht mear giel mei it bleate each.
De oergong fan figuer 3c nei d wurdt werjûn yn Supplementary Video 1. Fuort neidat it wite ljocht fan de LED giet troch de decachromatyske spegel rige, splitst it tagelyk yn njoggen kleur streamen.Uteinlik ferdwûn de reek yn de bak stadichoan fan boppe nei ûnderen, sadat de njoggen kleurde poeders ek fan boppen nei ûnderen ferdwûnen.Yn tsjinstelling, yn Supplementary Video 2, doe't de golflingte fan 'e ljochtflux ynsidint op' e array fan decachromatyske spegels waard feroare fan lang nei koart yn 'e folchoarder fan 690, 671, 650, 632, 610, 589, 568, 550 en 532 nm ., Allinnich de oerienkommende splitstreamen fan de njoggen splitstreamen yn de folchoarder fan C9, C8, C7, C6, C5, C4, C3, C2 en C1 wurde werjûn.De acryl reservoir wurdt ferfongen troch in kwarts swimbad, en de flakes fan elke shunted stream kin dúdlik wurde waarnommen út 'e slop omheech rjochting.Derneist wurdt de subfideo 3 sa bewurke dat it diel fan 'e golflingteferoaring fan' e subfideo 2 wurdt werhelle.Dit is de meast sprekkende útdrukking fan 'e skaaimerken fan in decochromatic array fan spegels.
De boppesteande resultaten litte sjen dat de produsearre dekachromatyske spegelarray as de nije njoggen-kleurenspektrometer wurket lykas bedoeld.De nije njoggen-kleuren spektrometer wurdt foarme troch it montearjen fan in array fan dekachromatyske spegels mei adapters direkt op it byldsensorboerd.
Ljochtflux mei in golflingte berik fan 400 oant 750 nm, útstjoerd troch fjouwer strieling punten φ50 μm, leit op 1 mm yntervallen yn 'e rjochting loodrecht op it fleantúch fan Fig.. 2c, respektivelik Researches 31, 34. De fjouwer-lens array bestiet út fjouwer linzen φ1 mm mei in brânpuntslingte fan 1,4 mm en in pitch fan 1 mm.Fjouwer kollimearre streamen (fjouwer C0) binne ynfallen op it DP fan in nije njoggen-kleuren spektrometer, op ôfstân fan 1 mm yntervallen.In array fan dichroyske spegels ferdielt elke stream (C0) yn njoggen kleurstreamen (C1-C9).De resultearjende 36 streamen (fjouwer sets fan C1-C9) wurde dan direkt ynjearre yn in CMOS (S) byldsensor direkt ferbûn mei in array fan dichroyske spegels.As gefolch, lykas werjûn yn figuer 5a, fanwege de lytse maksimale optyske paad ferskil en de koarte maksimale optyske paad, de bylden fan alle 36 streamen waarden ûntdutsen tagelyk en dúdlik mei deselde grutte.Neffens de streamôfwerts spektra (sjoch Oanfoljende figuer S4) is de byldintensiteit fan 'e fjouwer groepen C1, C2 en C3 relatyf leech.Seisentritich bylden wiene 0.57 ± 0.05 mm yn grutte (gemiddelde ± SD).Sa wie de byldfergrutting gemiddeld 11,4.De fertikale ôfstân tusken bylden is gemiddeld 1 mm (deselde ôfstân as in linsarray) en de horizontale spacing is gemiddeld 1,6 mm (deselde ôfstân as in dichroyske spegelarray).Om't de byldgrutte folle lytser is as de ôfstân tusken bylden, kin elke ôfbylding selsstannich mjitten wurde (mei lege oerspraak).Underwilens binne bylden fan achtentweintich streamen opnommen troch de konvinsjonele sânkleurenspektrometer brûkt yn ús foarige stúdzje werjûn yn Fig. spegels yn figuer 1a.Net alle bylden binne skerp, de byldgrutte nimt ta fan C1 nei C7.Achtentweintich ôfbyldings binne 0,70 ± 0,19 mm yn grutte.Dêrom is it lestich om in hege ôfbyldingsresolúsje yn alle ôfbyldings te behâlden.De fariaasjekoëffisjint (CV) foar ôfbyldingsgrutte 28 yn figuer 5b wie 28%, wylst de CV foar ôfbyldingsgrutte 36 yn figuer 5a fermindere nei 9%.De boppesteande resultaten litte sjen dat de nije njoggen-kleurenspektrometer net allinich it oantal tagelyk mjitten kleuren fergruttet fan sân nei njoggen, mar ek in hege byldresolúsje hat foar elke kleur.
Fergeliking fan de kwaliteit fan it split byld foarme troch konvinsjonele en nije spektrometers.(a) Fjouwer groepen fan njoggen-kleur skieden bylden (C1-C9) oanmakke troch de nije njoggen-kleur spektrometer.(b) Fjouwer sets fan sân-kleur skieden bylden (C1-C7) foarme mei in konvinsjonele sân-kleur spektrometer.Fluxen (C0) mei golflingten fan 400 oant 750 nm fan fjouwer emisjepunten wurde respektivelik kollimearre en ynfallen op elke spektrometer.
De spektrale skaaimerken fan 'e njoggen-kleuren spektrometer waarden eksperiminteel evaluearre en de evaluaasjeresultaten wurde werjûn yn figuer 6. Tink derom dat figuer 6a deselde resultaten toant as figuer 5a, dus op golflingten fan 4 C0 400-750 nm, wurde alle 36 ôfbyldings ûntdutsen (4 groepen C1-C9).Krekt oarsom, lykas sjen litten yn Fig. groepen ûntdutsen C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 of C9).Guon fan 'e ôfbyldings neist de fjouwer oerienkommende bylden wurde lykwols tige swak ûntdutsen, om't de C1-C9-transmissionsspektra werjûn yn Fig.Dizze resultaten binne yn oerienstimming mei de C1-C9 oerdracht spektra werjûn yn Fig.4b en oanfoljende videos 2 en 3. Mei oare wurden, de njoggen kleur spektrometer wurket as ferwachte basearre op de resultaten werjûn yn fig.4b.Dêrom wurdt konkludearre dat de ferdieling fan byldintensiteit C1-C9 it spektrum fan elke C0 is.
Spektrale skaaimerken fan in njoggen-kleuren spektrometer.De nije njoggen-kleurenspektrometer genereart fjouwer sets fan njoggen-kleuren skieden ôfbyldings (C1-C9) as it ynfallende ljocht (fjouwer C0) in golflingte hat fan (a) 400-750 nm (lykas werjûn yn figuer 5a), (b) 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, respektivelik.
De ûntwikkele njoggen-kleuren spektrometer waard brûkt foar fjouwer-kapillêre elektroforese (foar details, sjoch Oanfoljende materialen)31,34,35.De fjouwer-kapillêre matrix bestiet út fjouwer kapillaren (bûtendiameter 360 μm en binnendiameter 50 μm) lizzend op 1 mm yntervallen op 'e laserbestralingssite.Samples mei DNA-fragminten markearre mei 8 kleurstoffen, nammentlik FL-6C (ferve 1), JOE-6C (ferve 2), dR6G (ferve 3), TMR-6C (ferve 4), CXR-6C (ferve 5), TOM- 6C (ferve 6), LIZ (ferve 7), en WEN (ferve 8) yn oprinnende folchoarder fan fluorescent golflingte, skieden yn elk fan fjouwer kapillaren (hjirnei oantsjutten as Cap1, Cap2, Cap3, en Cap4).Laser-induzearre fluoreszinsje fan Cap1-Cap4 waard kollimearre mei in array fan fjouwer linzen en tagelyk opnommen mei in njoggen-kleuren spektrometer.De yntinsiteit dynamyk fan njoggen-kleur (C1-C9) fluorescence ûnder electrophoresis, dat is, in njoggen-kleur electrophoregram fan elke capillary, wurdt werjûn yn figuer 7a.In lykweardich njoggen-kleur elektroforegram wurdt krigen yn Cap1-Cap4.Lykas oanjûn troch de Cap1 pylken yn figuer 7a, de acht peaks op elk njoggen-kleur electrophoregram sjen litte ien fluorescence útstjit fan Dye1-Dye8, respektivelik.
Simultane kwantifikaasje fan acht kleurstoffen mei in njoggen-kleuren fjouwer-kapillêre elektroforesespektrometer.(a) Njoggenkleurige (C1-C9) elektroforegram fan elke capillary.De acht peaks oanjûn troch pylken Cap1 litte yndividuele fluorescinsje-emissies sjen fan acht kleurstoffen (Dye1-Dye8).De kleuren fan de pylken komme oerien mei de kleuren (b) en (c).(b) Fluorescence spektra fan acht kleurstoffen (Dye1-Dye8) per capillary.c Elektroferogrammen fan acht kleurstoffen (Dye1-Dye8) per kapillair.De peaks fan Dye7-labele DNA-fragminten wurde oanjûn troch pylken, en har Cap4-basislingten wurde oanjûn.
De yntinsiteitferdielingen fan C1-C9 op acht peaks wurde werjûn yn Fig.7b ,oer.Om't sawol C1-C9 as Dye1-Dye8 yn golflingte folchoarder binne, litte de acht distribúsjes yn Fig.Yn dizze stúdzje ferskine Dye1, Dye2, Dye3, Dye4, Dye5, Dye6, Dye7 en Dye8 yn respektivelik magenta, fioele, blau, cyaan, grien, giel, oranje en read.Tink derom dat de kleuren fan de pylken yn figuer 7a oerienkomme mei de kleurstof kleuren yn figuer 7b.De C1-C9 fluorescensintensiteiten foar elk spektrum yn figuer 7b waarden normalisearre sadat har som ien is.Acht lykweardige fluorescinsjespektra waarden krigen fan Cap1-Cap4.Men kin dúdlik observearje de spektrale oerlaap fan fluorescence tusken kleurstof 1-dye 8.
Lykas werjûn yn figuer 7c, foar elke capillary, de njoggen-kleur electrophoregram yn figuer 7a waard omboud ta in acht-dye electropherogram troch multi-komponint analyze basearre op de acht fluorescence spektra yn figuer 7b (sjoch Oanfoljende materialen foar details).Sûnt de spektrale oerlaap fan fluoreszinsje yn figuer 7a wurdt net werjûn yn figuer 7c, Dye1-Dye8 kin wurde identifisearre en kwantifisearre yndividueel op elk tiid punt, sels as ferskillende hoemannichten Dye1-Dye8 fluoresce tagelyk.Dit kin net dien wurde mei tradisjonele sân-kleurdeteksje31, mar kin berikt wurde mei de ûntwikkele njoggen-kleurdeteksje.Lykas sjen litten troch de pylken Cap1 yn Fig. ) wurde waarnommen yn 'e ferwachte gronologyske folchoarder.Foar de fluorescent emisje fan kleurstof 7 (oranje), neist de ienige peak oanjûn troch de oranje pylk, waarden ferskate oare inkele peaks waarnommen.Dit resultaat is te tankjen oan it feit dat de samples grutte noarmen befette, Dye7 markearre DNA-fragminten mei ferskillende basislingten.Lykas werjûn yn figuer 7c, foar Cap4 binne dizze basis lingtematen 20, 40, 60, 80, 100, 114, 120, 140, 160, 180, 200, 214 en 220 basis lingtematen.
De wichtichste skaaimerken fan de njoggen-kleuren spektrometer, ûntwikkele mei help fan in matrix fan twa-laach dichroic spegels, binne lyts grutte en ienfâldich ûntwerp.Sûnt de array fan dekachromatyske spegels binnen de adapter werjûn yn fig.3c fêstmakke direkt op de ôfbylding sensor board (sjoch Fig. S1 en S2), de njoggen-kleur spektrometer hat deselde ôfmjittings as de adapter, ie 54 × 58 × 8,5 mm.(dikte).Dit ultra-lytse grutte is twa oant trije oarders fan grutte lytser as konvinsjonele spektrometers dy't brûke gratings of prisma.Derneist, om't de njoggen-kleurenspektrometer sa is konfigureare dat ljocht it oerflak fan 'e byldsensor loodrecht slacht, kin romte maklik wurde tawiisd foar de njoggen-kleurenspektrometer yn systemen lykas mikroskopen, flowcytometers, of analysators.Capillary grating electrophoresis analysator foar noch gruttere miniaturization fan it systeem.Tagelyk, de grutte fan tsien dichroic spegels en bandpass filters brûkt yn de njoggen-kleur spektrometer is mar 10 × 1,9 × 0,5 mm of 15 × 1,9 × 0,5 mm.Sa kinne respektivelik mear as 100 sokke lytse dichroyske spegels en bandpassfilters út in dichroyske spegel en in 60 mm2 bânfilter knipt wurde.Dêrom kin in array fan dekachromatyske spegels wurde produsearre tsjin in lege kosten.
In oar skaaimerk fan 'e njoggen-kleuren spektrometer is syn treflike spektrale skaaimerken.Benammen makket it de akwisysje fan spektrale ôfbyldings fan snapshots mooglik, dat is de simultane akwisysje fan ôfbyldings mei spektrale ynformaasje.Foar elke ôfbylding waard in trochgeand spektrum krigen mei in golflingteberik fan 520 oant 700 nm en in resolúsje fan 20 nm.Mei oare wurden, njoggen kleurintensiteiten fan ljocht wurde ûntdutsen foar elke ôfbylding, dws njoggen 20 nm-banden dy't it golflingteberik lykweardich dielen fan 520 oant 700 nm.Troch de spektrale skaaimerken fan 'e dichroyske spegel en it bandpassfilter te feroarjen, kin it golflingteberik fan 'e njoggen bands en de breedte fan elke band oanpast wurde.Njoggen kleurdeteksje kin net allinich brûkt wurde foar fluoreszinsjemjittingen mei spektrale imaging (lykas beskreaun yn dit rapport), mar ek foar in protte oare mienskiplike tapassingen mei spektrale imaging.Hoewol't hyperspektrale imaging kin detect hûnderten kleuren, it is fûn dat sels mei in signifikante fermindering fan it oantal detectable kleuren, meardere objekten yn it mêd fan werjefte kinne wurde identifisearre mei genôch krektens foar in protte applikaasjes38,39,40.Om't romtlike resolúsje, spektrale resolúsje en tydlike resolúsje in ôfwaging hawwe yn spektrale ôfbylding, kin it ferminderjen fan it oantal kleuren romtlike resolúsje en tydlike resolúsje ferbetterje.It kin ek ienfâldige spektrometers brûke lykas dy ûntwikkele yn dizze stúdzje en it bedrach fan berekkening fierder ferminderje.
Yn dizze stúdzje waarden acht kleurstoffen tagelyk kwantifisearre troch spektrale skieding fan har oerlappende fluorescinsjespektra basearre op de deteksje fan njoggen kleuren.Oant njoggen kleurstoffen kinne tagelyk wurde kwantifisearre, tegearre bestean yn tiid en romte.In spesjaal foardiel fan de njoggen-kleuren spektrometer is syn hege ljochtflux en grutte diafragma (1 × 7 mm).De decane mirror array hat in maksimale oerdracht fan 92% fan it ljocht út de aperture yn elk fan de njoggen golflingte berik.De effisjinsje fan it brûken fan ynfallend ljocht yn it golflingteberik fan 520 oant 700 nm is hast 100%.Yn sa'n breed oanbod fan golflingten kin gjin diffraksjonsgitter soargje foar sa'n hege effisjinsje fan gebrûk.Sels as de diffraksje-effisjinsje fan in diffraksjerooster 90% grutter is by in bepaalde golflingte, as it ferskil tusken dy golflingte en in bepaalde golflingte tanimt, nimt de diffraksje-effisjinsje by in oare golflingte ôf41.De diafragmabreedte loodrecht op 'e rjochting fan it fleantúch yn Fig.. 2c kin útwreide wurde fan 7 mm nei de breedte fan' e byldsensor, lykas yn it gefal fan 'e ôfbyldingssensor dy't yn dizze stúdzje brûkt wurdt, troch in bytsje te feroarjen fan de decamer-array.
De njoggen-kleuren spektrometer kin brûkt wurde net allinnich foar capillary electrophoresis, lykas sjen litten yn dizze stúdzje, mar ek foar ferskate oare doelen.Bygelyks, lykas werjûn yn 'e ûndersteande figuer, kin in njoggen-kleuren spektrometer tapast wurde op in fluoreszensmikroskoop.It fleantúch fan 'e stekproef wurdt werjûn op' e byldsensor fan 'e njoggen-kleurenspektrometer troch in 10x objektyf.De optyske ôfstân tusken de objektive lens en de byldsensor is 200 mm, wylst de optyske ôfstân tusken it ynfallende oerflak fan 'e njoggenkleurige spektrometer en de byldsensor mar 12 mm is.Dêrom waard it byld besunige oant likernôch de grutte fan it diafragma (1 × 7 mm) yn it fleantúch fan ynfal en ferdield yn njoggen kleurôfbyldings.Dat is, in spektrale ôfbylding fan in njoggen-kleurige momintopname kin wurde nommen op in 0,1 × 0,7 mm gebiet yn it stekproefflak.Dêrneist is it mooglik om te krijen in njoggen-kleur spektrale ôfbylding fan in grutter gebiet op de stekproef fleanmasine troch skennen fan de stekproef relatyf oan it objektyf yn de horizontale rjochting yn figuer 2c.
De dekachromatyske spegel-array-komponinten, nammentlik M1-M9 en BP, waarden op maat makke troch Asahi Spectra Co., Ltd.Multilayer dielektrike materialen waarden yndividueel tapast op tsien kwartsplaten 60 × 60 mm yn grutte en 0,5 mm dik, foldogge oan de folgjende easken: M1: IA = 45 °, R ≥ 90% by 520–590 nm, Tave ≥ 90% by 610– 610 nm.700 nm, M2: IA = 45°, R ≥ 90% by 520–530 nm, Tave ≥ 90% by 550–600 nm, M3: IA = 45°, R ≥ 90% by 540–590 nm, Tave ≥ % by 570–600 nm, M4: IA = 45°, R ≥ 90% by 560–570 nm, Tave ≥ 90% by 590–600 nm, M5: IA = 45°, R ≥ 98% by 0 0nm , R ≥ 98% by 680–700 nm, M6: IA = 45°, Tave ≥ 90% by 600–610 nm, R ≥ 90% by 630–700 nm, M7: IA = 45°, R ≥ 90% at 620–630 nm, Taw ≥ 90% by 650–700 nm, M8: IA = 45°, R ≥ 90% by 640–650 nm, Taw ≥ 90% by 670–700 nm, M 45: IA, R = ≥ 90% by 650-670 nm, Tave ≥ 90% by 690-700 nm, BP: IA = 0°, T ≤ 0.01% by 505 nm, Tave ≥ 95% by 530-690 % nm op 0 nm by -690 nm en T ≤ 1% by 725-750 nm, wêrby't IA, T, Tave, en R de ynfalshoeke, transmittânsje, gemiddelde transmittânsje en unpolarisearre ljochtrefleksje binne.
Wyt ljocht (C0) mei in golflingteberik fan 400–750 nm útstjoerd troch in LED-ljochtboarne (AS 3000, AS ONE CORPORATION) waard kollimearre en ynfalle fertikaal op 'e DP fan in array fan dichroyske spegels.It wite ljochtspektrum fan LED's wurdt werjûn yn oanfoljende figuer S3.Plak in acryl tank (ôfmjittings 150 × 150 × 30 mm) direkt foar de decamera spegel array, tsjinoer de PSU.De reek generearre doe't droech iis waard ûnderdompele yn wetter waard dan getten yn in acryl tank te observearjen de njoggen-kleur C1-C9 split streamen út de rige fan decachromatyske spegels.
As alternatyf wurdt it kollimearre wite ljocht (C0) troch in filter trochjûn foardat it DP ynkomt.De filters wiene oarspronklik filters mei neutrale tichtheid mei in optyske tichtens fan 0,6.Brûk dan in motorisearre filter (FW212C, FW212C, Thorlabs).Skeakelje úteinlik it ND-filter wer oan.De bânbreedte fan de njoggen bandpassfilters oerienkomme mei respektivelik C9, C8, C7, C6, C5, C4, C3, C2 en C1.In kwartsel mei ynterne dimensjes fan 40 (optyske lingte) x 42,5 (hichte) x 10 mm (breedte) waard pleatst foar in array fan decochromatic spegels, tsjinoer de BP.De reek wurdt dan fiede troch in buis yn 'e kwarts sel te behâlden de konsintraasje fan reek yn' e quartz sel te behâlden de njoggen-kleur C1-C9 split streamen emanating út de decachromatyske spegel rige.
In fideo fan 'e njoggen-kleuren split ljochtstream dy't ûntstiet út in array fan dekanyske spegels waard opnommen yn time-lapse modus op' e iPhone XS.Meitsje ôfbyldings fan 'e sêne mei 1 fps en kompilearje de ôfbyldings om fideo te meitsjen mei 30 fps (foar opsjonele fideo 1) of 24 fps (foar opsjonele fideo's 2 en 3).
Plak in 50 µm dikke roestfrij stielplaat (mei fjouwer gatten mei in diameter fan 50 µm op 1 mm yntervallen) op 'e diffusieplaat.Ljocht mei in golflingte fan 400-750 nm wurdt bestraald op 'e diffuserplaat, krigen troch ljocht fan in halogeenlampe troch in koarte transmissiefilter mei in cutoff-golflingte fan 700 nm te stjoeren.It ljochtspektrum wurdt werjûn yn oanfoljende figuer S4.As alternatyf giet it ljocht ek troch ien fan 'e 10 nm bandpass filters sintraal op 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670 en 690 nm en rekket de diffuser plaat.As gefolch, fjouwer straling punten mei in diameter fan φ50 μm en ferskillende golflingten waarden foarme op in RVS plaat tsjinoer de diffuser plaat.
In fjouwer-capillary array mei fjouwer linzen wurdt fêstmakke op in njoggen-kleur spektrometer lykas werjûn yn figueren 1 en 2. C1 en C2.De fjouwer kapillaren en fjouwer linzen wiene itselde as yn eardere stúdzjes31,34.In laserstraal mei in golflingte fan 505 nm en in krêft fan 15 mW wurdt tagelyk en lykwichtich fan 'e kant nei de útstjitpunten fan fjouwer kapillaren bestraald.De fluoreszinsje útstjoerd troch elk emisjepunt wurdt kollimearre troch de oerienkommende lens en skieden yn njoggen kleurstreamen troch in array fan dekachromatyske spegels.De resultearjende 36 streamen waarden dan direkt yn in CMOS-ôfbyldingssensor (C11440–52U, Hamamatsu Photonics K·K.) ynjeksje, en har bylden waarden tagelyk opnommen.
ABI PRISM® BigDye® Primer Cycle Sequencing Ready Reaction Kit (Applied Biosystems), 4 µl GeneScan ™ 600 LIZ ™ kleurstof waard mingd foar elke kapillair troch it mingjen fan 1 µl PowerPlex® 6C Matrix Standard (Promega Corporation), 1 µl mixgrutte standert.v2.0 (Thermo Fisher Scientific) en 14 µl wetter.De PowerPlex® 6C Matrix Standert bestiet út seis DNA-fragminten markearre mei seis kleurstoffen: FL-6C, JOE-6C, TMR-6C, CXR-6C, TOM-6C, en WEN, yn folchoarder fan maksimale golflingte.De basislengten fan dizze DNA-fragminten wurde net bekend makke, mar de basislingte-sekwinsje fan DNA-fragminten markearre mei WEN, CXR-6C, TMR-6C, JOE-6C, FL-6C en TOM-6C is bekend.It mingsel yn 'e ABI PRISM® BigDye® Primer Cycle Sequencing Ready Reaction Kit befettet in DNA-fragmint markearre mei dR6G-ferve.De lingten fan 'e basen fan' e DNA-fragminten wurde ek net iepenbiere.GeneScan™ 600 LIZ™ Dye Size Standard v2.0 omfettet 36 LIZ-labelde DNA-fragminten.De basislengten fan dizze DNA-fragminten binne 20, 40, 60, 80, 100, 114, 120, 140, 160, 180, 200, 214, 220, 240, 250, 260, 280, 300, 30, 30, 30, 30, 3 360, 380, 400, 414, 420, 440, 460, 480, 500, 514, 520, 540, 560, 580 en 600 basis.De samples waarden denaturearre by 94 ° C foar 3 minuten, dan kuolle op iis foar 5 minuten.Samples waarden yn elke kapillair ynjeksje by 26 V / cm foar 9 s en skieden yn elke kapillair fol mei in POP-7 ™ polymeeroplossing (Thermo Fisher Scientific) mei in effektive lingte fan 36 cm en in spanning fan 181 V / cm en in hoeke fan 60°.FAN.
Alle gegevens krigen of analysearre yn 'e rin fan dizze stúdzje binne opnommen yn dit publisearre artikel en syn oanfoljende ynformaasje.Oare gegevens dy't relevant binne foar dizze stúdzje binne beskikber fan 'e respektivelike auteurs op ridlik fersyk.
Khan, MJ, Khan, HS, Yousaf, A., Khurshid, K., and Abbas, A. Aktuele trends yn hyperspektrale imaging analyze: in resinsje.Tagong ta IEEE 6, 14118–14129.https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2812999 (2018).
Vaughan, AH Astronomyske ynterferometryske Fabry-Perot Spectroscopy.ynstallearje.Reverend Astron.astrofysika.5, 139-167.https://doi.org/10.1146/annurev.aa.05.090167.001035 (1967).
Goetz, AFH, Wein, G., Solomon, JE en Rock, BN Spectroscopy of Earth remote sensing images.Wittenskip 228, 1147-1153.https://doi.org/10.1126/science.228.4704.1147 (1985).
Yokoya, N., Grohnfeldt, C., and Chanussot, J. Fusion of hyperspectral and multispectral data: a comparative review of resinte publikaasjes.IEEE Earth Sciences.Journal of remote sensing.5:29–56.https://doi.org/10.1109/MGRS.2016.2637824 (2017).
Gowen, AA, O'Donnell, SP, Cullen, PJ, Downey, G. en Frias, JM. Hyperspectral imaging is in nij analytysk ark foar kwaliteitskontrôle en fiedingsfeiligens.Trends yn itenwittenskip.technology.18, 590-598.https://doi.org/10.1016/j.tifs.2007.06.001 (2007).
ElMasri, G., Mandour, N., Al-Rejaye, S., Belin, E. en Rousseau, D. Resinte applikaasjes fan multispektrale imaging foar it kontrolearjen fan siedfenotype en kwaliteit - in resinsje.Sensors 19, 1090 (2019).
Liang, H. Advances yn Multispectral en Hyperspectral Imaging foar Argeology en Art Preservation.Oanfreegje foar in fysike 106, 309-323.https://doi.org/10.1007/s00339-011-6689-1 (2012).
Edelman GJ, Gaston E, van Leeuwen TG, Cullen PJ, Alders MKG Hyperspectral imaging for non-contact analysis of forensic traces.Kriminalistyk.ynterne 223, 28-39.https://doi.org/10.1016/j.forsciint.2012.09.012 (2012).
Post tiid: Jan-10-2023