otel inoxidabil 321 8*1.2 tub spiralat pentru schimbator de caldura

Tuburi capilare

Vă mulțumim că ați vizitat Nature.com.Utilizați o versiune de browser cu suport limitat pentru CSS.Pentru cea mai bună experiență, vă recomandăm să utilizați un browser actualizat (sau să dezactivați Modul de compatibilitate în Internet Explorer).În plus, pentru a asigura suport continuu, arătăm site-ul fără stiluri și JavaScript.
Afișează un carusel de trei diapozitive simultan.Utilizați butoanele Anterior și Următorul pentru a vă deplasa prin trei diapozitive simultan sau utilizați butoanele glisante de la sfârșit pentru a vă deplasa prin trei diapozitive simultan.
A fost dezvoltat un spectrometru în nouă culori ultracompact (54 × 58 × 8,5 mm) și cu deschidere largă (1 × 7 mm), „împărțit în două” printr-o serie de zece oglinzi dicroice, care a fost folosit pentru imagini spectrale instantanee.Fluxul de lumină incidentă cu o secțiune transversală mai mică decât dimensiunea deschiderii este împărțit într-o bandă continuă de 20 nm lățime și nouă fluxuri de culoare cu lungimi de undă centrale de 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670 și 690 nm.Imaginile a nouă fluxuri de culoare sunt măsurate simultan eficient de senzorul de imagine.Spre deosebire de matricele de oglinzi dicroice convenționale, matricea de oglinzi dicroice dezvoltată are o configurație unică din două piese, care nu numai că mărește numărul de culori care pot fi măsurate simultan, ci și îmbunătățește rezoluția imaginii pentru fiecare flux de culoare.Spectrometrul dezvoltat cu nouă culori este utilizat pentru electroforeza cu patru capilare.Analiză cantitativă simultană a opt coloranți care migrează simultan în fiecare capilar folosind fluorescența indusă de laser în nouă culori.Deoarece spectrometrul cu nouă culori nu este doar ultra-mic și ieftin, dar are și un flux luminos ridicat și o rezoluție spectrală suficientă pentru majoritatea aplicațiilor de imagistică spectrală, poate fi utilizat pe scară largă în diverse domenii.
Imagistica hiperspectrală și multispectrală a devenit o parte importantă a astronomiei2, teledetecția pentru observarea Pământului3,4, controlul calității alimentelor și apei5,6, conservarea artei și arheologie7, criminalistica8, chirurgie9, analiză și diagnosticare biomedicală10,11 etc. Domeniul 1 O tehnologie indispensabilă ,12,13.Metodele de măsurare a spectrului de lumină emisă de fiecare punct de emisie din câmpul vizual sunt împărțite în (1) scanare punctuală („mătură”)14,15, (2) scanare liniară („paniculă”)16,17,18 , (3) lungimea scanează undele19,20,21 și (4) imagini22,23,24,25.În cazul tuturor acestor metode, rezoluția spațială, rezoluția spectrală și rezoluția temporală au o relație de compromis9,10,12,26.În plus, ieșirea luminii are un impact semnificativ asupra sensibilității, adică raportul semnal-zgomot în imagistica spectrală26.Fluxul luminos, adică eficiența utilizării luminii, este direct proporțional cu raportul dintre cantitatea de lumină măsurată reală a fiecărui punct luminos pe unitatea de timp și cantitatea totală de lumină din intervalul de lungimi de undă măsurată.Categoria (4) este o metodă adecvată atunci când intensitatea sau spectrul luminii emise de fiecare punct emițător se modifică în timp sau când poziția fiecărui punct emițător se modifică în timp deoarece spectrul luminii emise de toate punctele emițătoare este măsurat simultan.24.
Cele mai multe dintre metodele de mai sus sunt combinate cu spectrometre mari, complexe și/sau costisitoare folosind 18 rețele sau 14, 16, 22, 23 prisme pentru clasele (1), (2) și (4) sau 20, 21 discuri de filtrare, filtre de lichide .Filtre cristaline reglabile (LCTF)25 sau filtre reglabile acusto-optice (AOTF)19 din categoria (3).În schimb, spectrometrele multi-oglindă din categoria (4) sunt mici și ieftine datorită configurației lor simple27,28,29,30.În plus, au un flux luminos ridicat deoarece lumina împărtășită de fiecare oglindă dicroică (adică lumina transmisă și reflectată a luminii incidente pe fiecare oglindă dicroică) este utilizată complet și continuu.Cu toate acestea, numărul de benzi de lungimi de undă (adică culori) care trebuie măsurate simultan este limitat la aproximativ patru.
Imagistica spectrală bazată pe detectarea fluorescenței este utilizată în mod obișnuit pentru analiza multiplex în detectarea și diagnosticarea biomedicală 10, 13.În multiplexare, deoarece mai mulți analiți (de exemplu, ADN specific sau proteine) sunt marcați cu coloranți fluorescenți diferiți, fiecare analit prezent la fiecare punct de emisie din câmpul de vedere este cuantificat utilizând analiza multicomponentă.32 descompune spectrul de fluorescență detectat emis de fiecare punct de emisie.În timpul acestui proces, diferiți coloranți, fiecare emitând o fluorescență diferită, se pot colocaliza, adică coexista în spațiu și timp.În prezent, numărul maxim de coloranți care pot fi excitați de un singur fascicul laser este de opt33.Această limită superioară nu este determinată de rezoluția spectrală (adică numărul de culori), ci de lățimea spectrului de fluorescență (≥50 nm) și de cantitatea de colorant deplasată Stokes (≤200 nm) la FRET (folosind FRET)10 .Cu toate acestea, numărul de culori trebuie să fie mai mare sau egal cu numărul de coloranți pentru a elimina suprapunerea spectrală a coloranților amestecați31,32.Prin urmare, este necesar să creșteți numărul de culori măsurate simultan la opt sau mai mult.
Recent, a fost dezvoltat un spectrometru heptacroic ultra-compact (folosind o serie de oglinzi hepticroice și un senzor de imagine pentru a măsura patru fluxuri fluorescente).Spectrometrul este cu două până la trei ordine de mărime mai mic decât spectrometrele convenționale care folosesc rețele sau prisme34,35.Cu toate acestea, este dificil să plasezi mai mult de șapte oglinzi dicroice într-un spectrometru și să măsori simultan mai mult de șapte culori36,37.Odată cu creșterea numărului de oglinzi dicroice, diferența maximă a lungimii căilor optice ale fluxurilor de lumină dicroice crește și devine dificilă afișarea tuturor fluxurilor de lumină pe un singur plan senzorial.Cea mai mare lungime a căii optice a fluxului de lumină crește, de asemenea, lățimea deschiderii spectrometrului (adică lățimea maximă a luminii analizate de spectrometru) scade.
Ca răspuns la problemele de mai sus, a fost dezvoltat un spectrometru ultracompact cu nouă culori cu o matrice de oglindă decacromatică „dicroică” cu două straturi și un senzor de imagine pentru imagistica spectrală instantanee [categoria (4)].Comparativ cu spectrometrele anterioare, spectrometrul dezvoltat are o diferență mai mică în lungimea maximă a căii optice și o lungime maximă a căii optice mai mică.A fost aplicat electroforezei cu patru capilare pentru a detecta fluorescența în nouă culori indusă de laser și pentru a cuantifica migrarea simultană a opt coloranți în fiecare capilar.Deoarece spectrometrul dezvoltat nu este doar ultra-mic și ieftin, dar are și un flux luminos ridicat și o rezoluție spectrală suficientă pentru majoritatea aplicațiilor de imagistică spectrală, poate fi utilizat pe scară largă în diverse domenii.
Spectrometrul tradițional cu nouă culori este prezentat în fig.1a.Designul său îl urmează pe cel al precedentului spectrometru ultra-mic cu șapte culori 31. Este format din nouă oglinzi dicroice dispuse orizontal la un unghi de 45° spre dreapta, iar senzorul de imagine (S) este situat deasupra celor nouă oglinzi dicroice.Lumina care intră de jos (C0) este împărțită de o serie de nouă oglinzi dicroice în nouă fluxuri de lumină care urcă (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 și C9).Toate cele nouă fluxuri de culoare sunt transmise direct la senzorul de imagine și sunt detectate simultan.În acest studiu, C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 și C9 sunt în ordinea lungimii de undă și sunt reprezentate de magenta, violet, albastru, cyan, verde, galben, portocaliu, roșu-portocaliu și rosu, respectiv.Deși aceste denumiri de culoare sunt utilizate în acest document, așa cum se arată în Figura 3, deoarece diferă de culorile reale văzute de ochiul uman.
Diagrame schematice ale spectrometrelor convenționale și noi cu nouă culori.(a) Spectrometru convențional cu nouă culori cu o serie de nouă oglinzi dicroice.(b) Nou spectrometru cu nouă culori cu o matrice de oglindă dicroică cu două straturi.Fluxul de lumină incidentă C0 este împărțit în nouă fluxuri de lumină colorate C1-C9 și detectat de senzorul de imagine S.
Noul spectrometru dezvoltat în nouă culori are o rețea de oglindă dicroică cu două straturi și un senzor de imagine, așa cum se arată în Fig. 1b.În nivelul inferior, cinci oglinzi dicroice sunt înclinate cu 45° spre dreapta, aliniate la dreapta din centrul matricei de decamere.La nivelul superior, cinci oglinzi dicroice suplimentare sunt înclinate cu 45° spre stânga și situate din centru spre stânga.Oglinda dicroică cea mai din stânga a stratului inferior și oglinda dicroică cea mai din dreapta a stratului superior se suprapun.Fluxul de lumină incidentă (C0) este împărțit de jos în patru fluxuri cromatice de ieșire (C1-C4) prin cinci oglinzi dicroice din dreapta și cinci fluxuri cromatice de ieșire (C5-C4) de cinci oglinzi dicroice din stânga C9).La fel ca spectrometrele convenționale cu nouă culori, toate cele nouă fluxuri de culoare sunt injectate direct în senzorul de imagine (S) și detectate simultan.Comparând figurile 1a și 1b, se poate observa că, în cazul noului spectrometru cu nouă culori, atât diferența maximă, cât și lungimea cea mai lungă a căii optice a celor nouă fluxuri de culoare sunt înjumătățite.
Construcția detaliată a unei matrice de oglinzi dicroice ultra-mice cu două straturi de 29 mm (lățime) × 31 mm (adâncime) × 6 mm (înălțime) este prezentată în Figura 2. Matricea de oglinzi dicroice zecimale constă din cinci oglinzi dicroice din dreapta (M1-M5) și cinci oglinzi dicroice în stânga (M6-M9 și încă M5), fiecare oglindă dicroică este fixată în suportul superior de aluminiu.Toate oglinzile dicroice sunt eșalonate pentru a compensa deplasarea paralelă din cauza refracției fluxului prin oglinzi.Sub M1, este fixat un filtru trece-bandă (BP).Dimensiunile M1 și BP sunt 10 mm (partea lungă) x 1,9 mm (partea scurtă) x 0,5 mm (grosime).Dimensiunile oglinzilor dicroice rămase sunt de 15 mm × 1,9 mm × 0,5 mm.Pasul matricei dintre M1 și M2 este de 1,7 mm, în timp ce pasul matricei al altor oglinzi dicroice este de 1,6 mm.Pe fig.2c combină fluxul de lumină incidentă C0 și nouă fluxuri de lumină colorate C1-C9, separate printr-o matrice de oglinzi de-cameră.
Construcția unei matrice de oglindă dicroică cu două straturi.(a) O vedere în perspectivă și (b) o vedere în secțiune transversală a unei rețele de oglinzi dicroice cu două straturi (dimensiuni 29 mm x 31 mm x 6 mm).Este format din cinci oglinzi dicroice (M1-M5) situate în stratul inferior, cinci oglinzi dicroice (M6-M9 și un alt M5) situate în stratul superior și un filtru trece-bandă (BP) situat sub M1.(c) Vedere în secțiune transversală în direcție verticală, cu suprapunerea C0 și C1-C9.
Lățimea deschiderii în direcția orizontală, indicată de lățimea C0 în Fig. 2, c, este de 1 mm, iar în direcția perpendiculară pe planul Fig. 2, c, dată de proiectarea consolei de aluminiu, – 7 mm.Adică, noul spectrometru cu nouă culori are o dimensiune mare a deschiderii de 1 mm × 7 mm.Calea optică a lui C4 este cea mai lungă dintre C1-C9, iar calea optică a lui C4 în interiorul matricei de oglinzi dicroice, datorită dimensiunii ultra-mice de mai sus (29 mm × 31 mm × 6 mm), este de 12 mm.În același timp, lungimea căii optice a lui C5 este cea mai scurtă dintre C1-C9, iar lungimea căii optice a lui C5 este de 5,7 mm.Prin urmare, diferența maximă în lungimea căii optice este de 6,3 mm.Lungimile căii optice de mai sus sunt corectate pentru lungimea căii optice pentru transmisia optică a M1-M9 și BP (din cuarț).
Proprietățile spectrale ale М1−М9 și VR sunt calculate astfel încât fluxurile С1, С2, С3, С4, С5, С6, С7, С8 și С9 să fie în intervalul de lungimi de undă 520–540, 540–560, 650–560, 65. –600, 600–620, 620–640, 640–660, 660–680 și, respectiv, 680–700 nm.
O fotografie a matricei fabricate de oglinzi decacromatice este prezentată în Fig. 3a.M1-M9 și BP sunt lipite de panta de 45° și, respectiv, planul orizontal al suportului de aluminiu, în timp ce M1 și BP sunt ascunse pe spatele figurii.
Producerea unei game de oglinzi decan și demonstrația acesteia.(a) O serie de oglinzi decacromatice fabricate.(b) O imagine divizată în nouă culori de 1 mm × 7 mm proiectată pe o coală de hârtie plasată în fața unei serii de oglinzi decacromatice și iluminată din spate cu lumină albă.(c) O serie de oglinzi decocromatice iluminate cu lumină albă din spate.(d) Flux de scindare în nouă culori care emană din matricea de oglinzi cu decan, observată prin plasarea unui recipient acrilic plin de fum în fața matricei de oglinzi cu decan la c și întunecând camera.
Spectrele de transmisie măsurate ale lui M1-M9 CO la un unghi de incidență de 45° și spectrul de transmisie măsurat al BP CO la un unghi de incidență de 0° sunt prezentate în Fig.4a.Spectrele de transmisie ale lui C1-C9 relativ la CO sunt prezentate în Fig.4b.Aceste spectre au fost calculate din spectrele din Fig.4a în conformitate cu calea optică C1-C9 din Fig. 4a.1b și 2c.De exemplu, 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)], unde TS(X) și [ 1 − TS(X)] sunt spectrele de transmisie și, respectiv, de reflexie ale lui X.După cum se arată în Figura 4b, lățimile de bandă (lățimea de bandă ≥50%) ale C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 și C9 sunt 521-540, 541-562, 563-580, 581-602, 603 -623, 624-641, 642-657, 659-680 şi 682-699 nm.Aceste rezultate sunt în concordanță cu intervalele dezvoltate.În plus, eficiența de utilizare a luminii C0 este mare, adică transmisia maximă medie a luminii C1-C9 este de 92%.
Spectrele de transmisie ale unei oglinzi dicroice și ale unui flux divizat în nouă culori.(a) Spectrele de transmisie măsurate ale M1-M9 la o incidență de 45 ° și BP la o incidență de 0 °.(b) Spectrele de transmisie ale C1–C9 relativ la C0 calculate din (a).
Pe fig.3c, matricea de oglinzi dicroice este situată vertical, astfel încât partea sa dreaptă din Fig. 3a este partea superioară, iar fasciculul alb al LED-ului colimat (C0) este iluminat din spate.Matricea de oglinzi decacromatice prezentată în figura 3a este montată într-un adaptor de 54 mm (înălțime) × 58 mm (adâncime) × 8,5 mm (grosime).Pe fig.3d, pe lângă starea prezentată în fig.3c, un rezervor acrilic plin de fum a fost plasat în fața unei serii de oglinzi decocromatice, cu luminile din cameră stinse.Ca rezultat, nouă fluxuri dicroice sunt vizibile în rezervor, emanând dintr-o serie de oglinzi decacromatice.Fiecare flux divizat are o secțiune transversală dreptunghiulară cu dimensiuni de 1 × 7 mm, care corespunde mărimii deschiderii noului spectrometru cu nouă culori.În Figura 3b, o foaie de hârtie este plasată în fața rețelei de oglinzi dicroice din Figura 3c și se observă o imagine de 1 x 7 mm a nouă fluxuri dicroice proiectate pe hârtie din direcția de mișcare a hârtiei.cursuri.Cele nouă fluxuri de separare a culorilor din fig.3b și d sunt C4, C3, C2, C1, C5, C6, C7, C8 și C9 de sus în jos, care pot fi văzute și în figurile 1 și 2. 1b și 2c.Ele sunt observate în culori corespunzătoare lungimii lor de undă.Datorită intensității scăzute a luminii albe a LED-ului (a se vedea Fig. S3 suplimentară) și a sensibilității camerei color utilizate pentru a captura C9 (682–699 nm) în Fig. Alte fluxuri de divizare sunt slabe.În mod similar, C9 era ușor vizibil cu ochiul liber.Între timp, C2 (al doilea flux de sus) arată verde în Figura 3, dar arată mai galben cu ochiul liber.
Tranziția de la figura 3c la d este prezentată în videoclipul suplimentar 1. Imediat după ce lumina albă de la LED trece prin matricea de oglinzi decacromatice, se împarte simultan în nouă fluxuri de culoare.În final, fumul din cuvă s-a risipit treptat de sus în jos, astfel încât cele nouă pulberi colorate au dispărut și ele de sus în jos.În schimb, în ​​Videoclipul suplimentar 2, când lungimea de undă a fluxului de lumină incident pe matricea de oglinzi decacromatice a fost schimbată de la lung la scurt, de ordinul a 690, 671, 650, 632, 610, 589, 568, 550 și 532 nm ., Sunt afișate numai fluxurile împărțite corespunzătoare ale celor nouă fluxuri împărțite în ordinea C9, C8, C7, C6, C5, C4, C3, C2 și C1.Rezervorul acrilic este înlocuit cu un bazin de cuarț, iar fulgii fiecărui flux derivat pot fi observați clar din direcția înclinată în sus.În plus, sub-video 3 este editat astfel încât porțiunea de modificare a lungimii de undă a sub-video 2 este reluată.Aceasta este expresia cea mai elocventă a caracteristicilor unei rețele decocromatice de oglinzi.
Rezultatele de mai sus arată că matricea de oglinzi decacromatice fabricată sau noul spectrometru cu nouă culori funcționează conform intenției.Noul spectrometru cu nouă culori este format prin montarea unei serii de oglinzi decacromatice cu adaptoare direct pe placa senzorului de imagine.
Fluxul luminos cu un interval de lungimi de undă de la 400 până la 750 nm, emis de patru puncte de radiație φ50 μm, situate la intervale de 1 mm pe direcția perpendiculară pe planul din Fig. 2c, respectiv Cercetări 31, 34. patru lentile φ1 mm cu o distanță focală de 1,4 mm și un pas de 1 mm.Patru fluxuri colimate (patru CO) sunt incidente pe DP al unui nou spectrometru cu nouă culori, distanțat la intervale de 1 mm.O serie de oglinzi dicroice împarte fiecare flux (C0) în nouă fluxuri de culoare (C1-C9).Cele 36 de fluxuri rezultate (patru seturi de C1-C9) sunt apoi injectate direct într-un senzor de imagine CMOS (S) conectat direct la o serie de oglinzi dicroice.Ca rezultat, așa cum se arată în Fig. 5a, datorită diferenței mici de cale optică maximă și a căii optice maxime scurte, imaginile tuturor celor 36 de fluxuri au fost detectate simultan și clar cu aceeași dimensiune.Conform spectrelor din aval (a se vedea figura suplimentară S4), intensitatea imaginii celor patru grupuri C1, C2 și C3 este relativ scăzută.Treizeci și șase de imagini aveau o dimensiune de 0,57 ± 0,05 mm (medie ± SD).Astfel, mărirea imaginii a fost în medie de 11,4.Distanța verticală dintre imagini este în medie de 1 mm (aceeași distanță ca o matrice de lentile), iar distanța orizontală este în medie de 1,6 mm (aceeași distanță ca o matrice de oglinzi dicroice).Deoarece dimensiunea imaginii este mult mai mică decât distanța dintre imagini, fiecare imagine poate fi măsurată independent (cu diafonie scăzută).Între timp, imaginile a douăzeci și opt de fluxuri înregistrate de spectrometrul convențional cu șapte culori utilizat în studiul nostru anterior sunt prezentate în Fig. 5 B. Rețeaua de șapte oglinzi dicroice a fost creată prin îndepărtarea celor două oglinzi dicroice din partea dreaptă din matricea de nouă oglinzi dicroice. oglinzile din figura 1a.Nu toate imaginile sunt clare, dimensiunea imaginii crește de la C1 la C7.Douăzeci și opt de imagini au o dimensiune de 0,70 ± 0,19 mm.Astfel, este dificil să se mențină rezoluția ridicată în toate imaginile.Coeficientul de variație (CV) pentru dimensiunea imaginii 28 din Figura 5b a fost de 28%, în timp ce CV-ul pentru dimensiunea imaginii 36 din Figura 5a a scăzut la 9%.Rezultatele de mai sus arată că noul spectrometru cu nouă culori nu numai că mărește numărul de culori măsurate simultan de la șapte la nouă, dar are și o rezoluție mare a imaginii pentru fiecare culoare.
Comparația calității imaginii divizate formată din spectrometre convenționale și noi.(a) Patru grupuri de imagini separate în nouă culori (C1-C9) generate de noul spectrometru cu nouă culori.(b) Patru seturi de imagini separate în șapte culori (C1-C7) formate cu un spectrometru convențional cu șapte culori.Fluxurile (C0) cu lungimi de undă de la 400 la 750 nm din patru puncte de emisie sunt colimate și, respectiv, incidente pe fiecare spectrometru.
Caracteristicile spectrale ale spectrometrului cu nouă culori au fost evaluate experimental, iar rezultatele evaluării sunt prezentate în Figura 6. Rețineți că Figura 6a prezintă aceleași rezultate ca și Figura 5a, adică la lungimi de undă de 4 C0 400–750 nm, toate cele 36 de imagini sunt detectate. (4 grupe C1–C9).Dimpotrivă, așa cum se arată în Fig. 6b–j, când fiecare C0 are o lungime de undă specifică de 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670 sau 690 nm, există aproape doar patru imagini corespunzătoare (patru grupuri detectate C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 sau C9).Cu toate acestea, unele dintre imaginile adiacente celor patru imagini corespunzătoare sunt detectate foarte slab, deoarece spectrele de transmisie C1-C9 prezentate în Fig. 4b se suprapun ușor și fiecare C0 are o bandă de 10 nm la o lungime de undă specifică, așa cum este descris în metodă.Aceste rezultate sunt în concordanță cu spectrele de transmisie C1-C9 prezentate în Fig.4b și videoclipuri suplimentare 2 și 3. Cu alte cuvinte, spectrometrul cu nouă culori funcționează conform așteptărilor pe baza rezultatelor prezentate în fig.4b.Prin urmare, se ajunge la concluzia că distribuția intensității imaginii C1-C9 este spectrul fiecărui C0.
Caracteristicile spectrale ale unui spectrometru cu nouă culori.Noul spectrometru cu nouă culori generează patru seturi de imagini separate în nouă culori (C1-C9) atunci când lumina incidentă (patru C0) are o lungime de undă de (a) 400-750 nm (așa cum se arată în Figura 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, respectiv.
Spectrometrul dezvoltat în nouă culori a fost utilizat pentru electroforeza cu patru capilare (pentru detalii, vezi Materiale suplimentare)31,34,35.Matricea cu patru capilare este formată din patru capilare (diametrul exterior 360 μm și diametrul interior 50 μm) situate la intervale de 1 mm la locul de iradiere cu laser.Probe care conțin fragmente de ADN marcate cu 8 coloranți, și anume FL-6C (colorant 1), JOE-6C (colorant 2), dR6G (colorant 3), TMR-6C (colorant 4), CXR-6C (colorant 5), TOM- 6C (colorant 6), LIZ (colorant 7) și WEN (colorant 8) în ordinea crescătoare a lungimii de undă fluorescente, separate în fiecare dintre cele patru capilare (denumite în continuare Cap1, Cap2, Cap3 și Cap4).Fluorescența indusă de laser de la Cap1-Cap4 a fost colimată cu o serie de patru lentile și înregistrată simultan cu un spectrometru cu nouă culori.Dinamica intensității fluorescenței în nouă culori (C1-C9) în timpul electroforezei, adică o electroforegramă în nouă culori a fiecărui capilar, este prezentată în Fig. 7a.O electroforegramă echivalentă în nouă culori este obținută în Cap1-Cap4.După cum este indicat de săgețile Cap1 din Figura 7a, cele opt vârfuri de pe fiecare electroforegramă cu nouă culori arată o emisie de fluorescență de la Dye1-Dye8, respectiv.
Cuantificare simultană a opt coloranți folosind un spectrometru de electroforeză cu patru capilare cu nouă culori.(a) Electroforegrama în nouă culori (C1-C9) a fiecărui capilar.Cele opt vârfuri indicate de săgețile Cap1 arată emisiile individuale de fluorescență a opt coloranți (Dye1-Dye8).Culorile săgeților corespund culorilor (b) și (c).(b) Spectre de fluorescență a opt coloranți (Dye1-Dye8) per capilar.c Electroferograme a opt coloranți (Dye1-Dye8) per capilar.Vârfurile fragmentelor de ADN marcate cu Dye7 sunt indicate prin săgeți, iar lungimile bazei lor Cap4 sunt indicate.
Distribuțiile de intensitate ale C1-C9 pe opt vârfuri sunt prezentate în Fig.7b, respectiv.Deoarece atât C1-C9 cât și Dye1-Dye8 sunt în ordinea lungimii de undă, cele opt distribuții din Fig. 7b arată spectrele de fluorescență ale Dye1-Dye8 secvenţial de la stânga la dreapta.În acest studiu, Dye1, Dye2, Dye3, Dye4, Dye5, Dye6, Dye7 și Dye8 apar în magenta, violet, albastru, cyan, verde, galben, portocaliu și, respectiv, roșu.Rețineți că culorile săgeților din Fig. 7a corespund culorilor colorantelor din Fig. 7b.Intensitățile de fluorescență C1-C9 pentru fiecare spectru din Figura 7b au fost normalizate astfel încât suma lor să fie egală cu unu.Opt spectre de fluorescență echivalente au fost obținute de la Cap1-Cap4.Se poate observa clar suprapunerea spectrală a fluorescenței între colorantul 1-colorantul 8.
După cum se arată în Figura 7c, pentru fiecare capilar, electroforegrama în nouă culori din Figura 7a a fost convertită într-o electroferogramă cu opt coloranți prin analiză multicomponentă bazată pe cele opt spectre de fluorescență din Figura 7b (a se vedea Materiale suplimentare pentru detalii).Deoarece suprapunerea spectrală a fluorescenței din Figura 7a nu este afișată în Figura 7c, Dye1-Dye8 poate fi identificat și cuantificat individual la fiecare moment, chiar dacă cantități diferite de Dye1-Dye8 fluoresc în același timp.Acest lucru nu poate fi realizat cu detecția tradițională în șapte culori31, dar poate fi realizat cu detecția dezvoltată în nouă culori.După cum se arată prin săgețile Cap1 din Fig. 7c, numai singletele de emisie fluorescentă Dye3 (albastru), Dye8 (roșu), Dye5 (verde), Dye4 (cian), Dye2 (violet), Dye1 (magenta) și Dye6 (galben). ) sunt observate în ordinea cronologică așteptată.Pentru emisia fluorescentă a colorantului 7 (portocaliu), în plus față de vârful unic indicat de săgeata portocalie, au fost observate alte câteva vârfuri unice.Acest rezultat se datorează faptului că probele au conținut standarde de dimensiune, fragmente de ADN marcate cu Dye7 cu lungimi diferite de bază.După cum se arată în Figura 7c, pentru Cap4 aceste lungimi de bază sunt 20, 40, 60, 80, 100, 114, 120, 140, 160, 180, 200, 214 și 220 de lungimi de bază.
Principalele caracteristici ale spectrometrului cu nouă culori, dezvoltat folosind o matrice de oglinzi dicroice cu două straturi, sunt dimensiunile mici și designul simplu.Deoarece matricea de oglinzi decacromatice din interiorul adaptorului prezentat în fig.3c montat direct pe placa senzorului de imagine (vezi Fig. S1 și S2), spectrometrul în nouă culori are aceleași dimensiuni ca și adaptorul, adică 54 × 58 × 8,5 mm.(grosime) .Această dimensiune ultra-mică este cu două până la trei ordine de mărime mai mică decât spectrometrele convenționale care folosesc rețele sau prisme.În plus, deoarece spectrometrul cu nouă culori este configurat astfel încât lumina lovește suprafața senzorului de imagine perpendicular, spațiul poate fi alocat cu ușurință pentru spectrometrul cu nouă culori în sisteme precum microscoape, citometri de flux sau analizoare.Analizor de electroforeză cu rețea capilară pentru o miniaturizare și mai mare a sistemului.În același timp, dimensiunea a zece oglinzi dicroice și filtre trece-bandă utilizate în spectrometrul cu nouă culori este de numai 10×1,9×0,5 mm sau 15×1,9×0,5 mm.Astfel, mai mult de 100 de astfel de oglinzi dicroice mici și, respectiv, filtre trece-bandă pot fi tăiate dintr-o oglindă dicroică și, respectiv, un filtru trece-bandă de 60 mm2.Prin urmare, o serie de oglinzi decacromatice pot fi fabricate la un cost redus.
O altă caracteristică a spectrometrului cu nouă culori sunt caracteristicile sale spectrale excelente.În special, permite achiziția de imagini spectrale de instantanee, adică achiziția simultană de imagini cu informații spectrale.Pentru fiecare imagine, a fost obținut un spectru continuu cu un interval de lungimi de undă de la 520 la 700 nm și o rezoluție de 20 nm.Cu alte cuvinte, pentru fiecare imagine sunt detectate nouă intensități de culoare ale luminii, adică nouă benzi de 20 nm care împart în mod egal intervalul de lungimi de undă de la 520 la 700 nm.Prin modificarea caracteristicilor spectrale ale oglinzii dicroice și ale filtrului trece-bandă, intervalul de lungimi de undă a celor nouă benzi și lățimea fiecărei benzi pot fi ajustate.Detectarea în nouă culori poate fi utilizată nu numai pentru măsurători de fluorescență cu imagistica spectrală (așa cum este descris în acest raport), ci și pentru multe alte aplicații comune care utilizează imagistica spectrală.Deși imagistica hiperspectrală poate detecta sute de culori, s-a constatat că, chiar și cu o reducere semnificativă a numărului de culori detectabile, mai multe obiecte din câmpul vizual pot fi identificate cu suficientă precizie pentru multe aplicații38,39,40.Deoarece rezoluția spațială, rezoluția spectrală și rezoluția temporală au un compromis în imagistica spectrală, reducerea numărului de culori poate îmbunătăți rezoluția spațială și rezoluția temporală.De asemenea, poate folosi spectrometre simple precum cel dezvoltat în acest studiu și poate reduce și mai mult cantitatea de calcul.
În acest studiu, opt coloranți au fost cuantificați simultan prin separarea spectrală a spectrelor de fluorescență suprapuse pe baza detectării a nouă culori.Până la nouă coloranți pot fi cuantificați simultan, coexistând în timp și spațiu.Un avantaj special al spectrometrului cu nouă culori este fluxul său luminos ridicat și deschiderea mare (1 × 7 mm).Matricea de oglinzi decan are o transmisie maximă de 92% din lumina din deschidere în fiecare dintre cele nouă intervale de lungimi de undă.Eficiența utilizării luminii incidente în intervalul de lungimi de undă de la 520 la 700 nm este de aproape 100%.Într-o gamă atât de largă de lungimi de undă, nicio rețea de difracție nu poate oferi o eficiență atât de mare de utilizare.Chiar dacă eficiența de difracție a unui rețele de difracție depășește 90% la o anumită lungime de undă, pe măsură ce diferența dintre acea lungime de undă și o anumită lungime de undă crește, eficiența de difracție la o altă lungime de undă scade41.Lățimea deschiderii perpendiculară pe direcția planului din Fig. 2c poate fi extinsă de la 7 mm la lățimea senzorului de imagine, cum ar fi în cazul senzorului de imagine utilizat în acest studiu, prin modificarea ușoară a matricei decamer.
Spectrometrul cu nouă culori poate fi utilizat nu numai pentru electroforeza capilară, așa cum se arată în acest studiu, ci și pentru diverse alte scopuri.De exemplu, după cum se arată în figura de mai jos, un spectrometru cu nouă culori poate fi aplicat unui microscop cu fluorescență.Planul probei este afișat pe senzorul de imagine al spectrometrului cu nouă culori printr-un obiectiv de 10x.Distanța optică dintre obiectivul și senzorul de imagine este de 200 mm, în timp ce distanța optică dintre suprafața incidentă a spectrometrului cu nouă culori și senzorul de imagine este de numai 12 mm.Prin urmare, imaginea a fost tăiată la aproximativ dimensiunea deschiderii (1 × 7 mm) în planul de incidență și împărțită în nouă imagini color.Adică, o imagine spectrală a unui instantaneu cu nouă culori poate fi luată pe o zonă de 0,1 × 0,7 mm în planul eșantionului.În plus, este posibil să se obțină o imagine spectrală cu nouă culori a unei zone mai mari pe planul eșantionului prin scanarea eșantionului în raport cu obiectivul în direcția orizontală din Fig. 2c.
Componentele matricei de oglinzi decacromatice, și anume M1-M9 și BP, au fost realizate la comandă de Asahi Spectra Co., Ltd. folosind metode standard de precipitare.Materialele dielectrice multistrat au fost aplicate individual pe zece plăci de cuarț cu dimensiunea de 60 × 60 mm și grosimea de 0,5 mm, îndeplinind următoarele cerințe: M1: IA = 45°, R ≥ 90% la 520–590 nm, Tave ≥ 90% la 610– 610 nm.700 nm, M2: IA = 45°, R ≥ 90% la 520–530 nm, Tave ≥ 90% la 550–600 nm, M3: IA = 45°, R ≥ 90% la 540–550 nm, Tave ≥ 90 % la 570–600 nm, M4: IA = 45°, R ≥ 90% la 560–570 nm, Tave ≥ 90% la 590–600 nm, M5: IA = 45°, R ≥ 98% la 580–600 nm , R ≥ 98% la 680–700 nm, M6: IA = 45°, Tave ≥ 90% la 600–610 nm, R ≥ 90% la 630–700 nm, M7: IA = 45°, R ≥ 90% la 620–630 nm, Taw ≥ 90% la 650–700 nm, M8: IA = 45°, R ≥ 90% la 640–650 nm, Taw ≥ 90% la 670–700 nm, M9: IA = 45°, ≥ 90% la 650-670 nm, Tave ≥ 90% la 690-700 nm, BP: IA = 0°, T ≤ 0,01% la 505 nm, Tave ≥ 95% la 530-690 nm la 530-690 nm T≥ 530% la -690 nm și T ≤ 1% la 725-750 nm, unde IA, T, Tave și R sunt unghiul de incidență, transmitanța, transmisia medie și reflectanța luminii nepolarizate.
Lumina albă (C0) cu o gamă de lungimi de undă de 400–750 nm emisă de o sursă de lumină LED (AS 3000, AS ONE CORPORATION) a fost colimată și incidentă vertical pe DP-ul unui șir de oglinzi dicroice.Spectrul de lumină albă al LED-urilor este prezentat în figura suplimentară S3.Așezați un rezervor acrilic (dimensiuni 150 × 150 × 30 mm) direct în fața matricei de oglinzi decamer, vizavi de alimentatorul.Fumul generat atunci când gheața carbonică a fost scufundată în apă a fost apoi turnat într-un rezervor acrilic pentru a observa fluxurile împărțite C1-C9 în nouă culori care emană din șirul de oglinzi decacromatice.
Alternativ, lumina albă colimată (C0) este trecută printr-un filtru înainte de a intra în DP.Filtrele au fost inițial filtre cu densitate neutră cu o densitate optică de 0,6.Apoi utilizați un filtru motorizat (FW212C, FW212C, Thorlabs).În cele din urmă, porniți din nou filtrul ND.Lățimile de bandă ale celor nouă filtre trece-bandă corespund celor C9, C8, C7, C6, C5, C4, C3, C2 și, respectiv, C1.O celulă de cuarț cu dimensiuni interne de 40 (lungime optică) x 42,5 (înălțime) x 10 mm (lățime) a fost plasată în fața unui șir de oglinzi decocromatice, vizavi de BP.Fumul este apoi alimentat printr-un tub în celula de cuarț pentru a menține concentrația de fum în celula de cuarț pentru a vizualiza fluxurile divizate C1-C9 în nouă culori care emană din matricea de oglinzi decacromatice.
Un videoclip cu fluxul de lumină divizat în nouă culori care emană dintr-o serie de oglinzi decanice a fost capturat în modul time-lapse pe iPhone XS.Capturați imagini ale scenei la 1 fps și compilați imaginile pentru a crea videoclipuri la 30 fps (pentru videoclipul opțional 1) sau 24 fps (pentru videoclipurile opționale 2 și 3).
Așezați o placă de oțel inoxidabil cu grosimea de 50 µm (cu patru găuri cu diametrul de 50 µm la intervale de 1 mm) pe placa de difuzie.Lumina cu o lungime de undă de 400-750 nm este iradiată pe placa difuzorului, obținută prin trecerea luminii de la o lampă cu halogen printr-un filtru de transmisie scurtă cu o lungime de undă de tăiere de 700 nm.Spectrul de lumină este prezentat în figura suplimentară S4.Alternativ, lumina trece și printr-unul dintre filtrele de trecere a benzii de 10 nm centrate la 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670 și 690 nm și lovește placa difuzorului.Ca rezultat, pe o placă de oțel inoxidabil s-au format patru puncte de radiație cu un diametru de φ50 μm și lungimi de undă diferite, vizavi de placa difuzorului.
O matrice cu patru capilare cu patru lentile este montată pe un spectrometru cu nouă culori, așa cum se arată în figurile 1 și 2. C1 și C2.Cele patru capilare și patru lentile au fost aceleași ca în studiile anterioare31,34.Un fascicul laser cu o lungime de undă de 505 nm și o putere de 15 mW este iradiat simultan și uniform din lateral către punctele de emisie a patru capilare.Fluorescența emisă de fiecare punct de emisie este colimată de lentila corespunzătoare și separată în nouă fluxuri de culoare printr-o serie de oglinzi decacromatice.Cele 36 de fluxuri rezultate au fost apoi injectate direct într-un senzor de imagine CMOS (C11440–52U, Hamamatsu Photonics K·K.), iar imaginile lor au fost înregistrate simultan.
ABI PRISM® BigDye® Primer Cycle Sequencing Ready Reaction Kit (Applied Biosystems), 4 µl colorant GeneScan™ 600 LIZ™ a fost amestecat pentru fiecare capilar prin amestecarea a 1 µl PowerPlex® 6C Matrix Standard (Promega Corporation), 1 µl standard de dimensiune a amestecului.v2.0 (Thermo Fisher Scientific) și 14 µl de apă.Standardul de matrice PowerPlex® 6C constă din șase fragmente de ADN marcate cu șase coloranți: FL-6C, JOE-6C, TMR-6C, CXR-6C, TOM-6C și WEN, în ordinea lungimii de undă maxime.Lungimile bazelor acestor fragmente de ADN nu sunt dezvăluite, dar secvența de lungime a bazei a fragmentelor de ADN marcate cu WEN, CXR-6C, TMR-6C, JOE-6C, FL-6C și TOM-6C este cunoscută.Amestecul din trusa de reacție ABI PRISM® BigDye® Primer Cycle Sequencing Ready Reaction Kit conține un fragment de ADN marcat cu colorant dR6G.Lungimile bazelor fragmentelor de ADN nu sunt, de asemenea, dezvăluite.GeneScan™ 600 LIZ™ Dye Size Standard v2.0 include 36 de fragmente de ADN marcate cu LIZ.Lungimile bazelor acestor fragmente de ADN sunt 20, 40, 60, 80, 100, 114, 120, 140, 160, 180, 200, 214, 220, 240, 250, 260, 280, 300, 4, 300, 400, 300, 300, 300, 300 360, 380, 400, 414, 420, 440, 460, 480, 500, 514, 520, 540, 560, 580 și 600 de bază.Probele au fost denaturate la 94°C timp de 3 minute, apoi răcite pe gheață timp de 5 minute.Probele au fost injectate în fiecare capilar la 26 V/cm timp de 9 s și separate în fiecare capilar umplut cu o soluție de polimer POP-7™ (Thermo Fisher Scientific) cu o lungime efectivă de 36 cm și o tensiune de 181 V/cm și un unghi de 60°.DIN.
Toate datele obținute sau analizate în cursul acestui studiu sunt incluse în acest articol publicat și informațiile suplimentare ale acestuia.Alte date relevante pentru acest studiu sunt disponibile de la autorii respectivi la cerere rezonabilă.
Khan, MJ, Khan, HS, Yousaf, A., Khurshid, K. și Abbas, A. Tendințele actuale în analiza imagistică hiperspectrală: o revizuire.Accesați IEEE 6, 14118–14129.https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2812999 (2018).
Vaughan, AH Spectroscopie astronomică interferometrică Fabry-Perot.instalare.Reverendul Astron.astrofizică.5, 139-167.https://doi.org/10.1146/annurev.aa.05.090167.001035 (1967).
Goetz, AFH, Wein, G., Solomon, JE și Rock, BN Spectroscopy of Earth remote sensing images.Știința 228, 1147–1153.https://doi.org/10.1126/science.228.4704.1147 (1985).
Yokoya, N., Grohnfeldt, C. și Chanussot, J. Fuziunea datelor hiperspectrale și multispectrale: o revizuire comparativă a publicațiilor recente.IEEE Științe Pământului.Jurnal de teledetecție.5:29–56.https://doi.org/10.1109/MGRS.2016.2637824 (2017).
Gowen, AA, O'Donnell, SP, Cullen, PJ, Downey, G. și Frias, JM Hyperspectral imaging este un nou instrument analitic pentru controlul calității și siguranța alimentelor.Tendințe în știința alimentației.tehnologie.18, 590-598.https://doi.org/10.1016/j.tifs.2007.06.001 (2007).
ElMasri, G., Mandour, N., Al-Rejaye, S., Belin, E. și Rousseau, D. Aplicații recente ale imaginilor multispectrale pentru monitorizarea fenotipului și calității semințelor – o revizuire.Senzorii 19, 1090 (2019).
Liang, H. Progrese în imagistica multispectrală și hiperspectrală pentru arheologie și conservarea artei.Aplicați pentru un fizic 106, 309–323.https://doi.org/10.1007/s00339-011-6689-1 (2012).
Edelman GJ, Gaston E., van Leeuwen TG, Cullen PJ și Alders MKG Imagini hiperspectrale pentru analiza fără contact a urmelor criminalistice.Criminalistica.intern 223, 28-39.https://doi.org/10.1016/j.forsciint.2012.09.012 (2012).