ανοξείδωτος 321 8*1.2 σπειροειδής σωλήνας για εναλλάκτη θερμότητας

Τριχοειδείς σωλήνες

Σας ευχαριστούμε που επισκεφτήκατε το Nature.com.Χρησιμοποιείτε μια έκδοση προγράμματος περιήγησης με περιορισμένη υποστήριξη CSS.Για την καλύτερη δυνατή εμπειρία, σας συνιστούμε να χρησιμοποιήσετε ένα ενημερωμένο πρόγραμμα περιήγησης (ή να απενεργοποιήσετε τη λειτουργία συμβατότητας στον Internet Explorer).Επιπλέον, για να διασφαλίσουμε τη συνεχή υποστήριξη, εμφανίζουμε τον ιστότοπο χωρίς στυλ και JavaScript.
Εμφανίζει ένα καρουζέλ τριών διαφανειών ταυτόχρονα.Χρησιμοποιήστε τα κουμπιά Προηγούμενο και Επόμενο για να μετακινηθείτε σε τρεις διαφάνειες κάθε φορά ή χρησιμοποιήστε τα κουμπιά ρυθμιστικού στο τέλος για να μετακινηθείτε σε τρεις διαφάνειες κάθε φορά.
Αναπτύχθηκε ένα εξαιρετικά συμπαγές φασματόμετρο εννέα χρωμάτων (54 × 58 × 8,5 mm) και ευρείας διαφράγματος (1 × 7 mm), «χωρισμένο στα δύο» από μια σειρά δέκα διχρωμικών κατόπτρων, τα οποία χρησιμοποιήθηκαν για στιγμιαία φασματική απεικόνιση.Η ροή προσπίπτοντος φωτός με διατομή μικρότερη από το μέγεθος του ανοίγματος χωρίζεται σε μια συνεχή λωρίδα πλάτους 20 nm και εννέα χρωματικές ροές με κεντρικά μήκη κύματος 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670 και 690 nm.Οι εικόνες εννέα χρωματικών ροών μετρώνται ταυτόχρονα αποτελεσματικά από τον αισθητήρα εικόνας.Σε αντίθεση με τις συμβατικές συστοιχίες dichroic mirror, η ανεπτυγμένη συστοιχία dichroic mirror έχει μια μοναδική διαμόρφωση δύο τεμαχίων, η οποία όχι μόνο αυξάνει τον αριθμό των χρωμάτων που μπορούν να μετρηθούν ταυτόχρονα, αλλά και βελτιώνει την ανάλυση εικόνας για κάθε ροή χρώματος.Το αναπτυγμένο φασματόμετρο εννέα χρωμάτων χρησιμοποιείται για ηλεκτροφόρηση τεσσάρων τριχοειδών.Ταυτόχρονη ποσοτική ανάλυση οκτώ χρωστικών που μεταναστεύουν ταυτόχρονα σε κάθε τριχοειδές με χρήση φθορισμού εννέα χρωμάτων που προκαλείται από λέιζερ.Δεδομένου ότι το φασματόμετρο εννέα χρωμάτων δεν είναι μόνο εξαιρετικά μικρό και φθηνό, αλλά έχει επίσης υψηλή φωτεινή ροή και επαρκή φασματική ανάλυση για τις περισσότερες εφαρμογές φασματικής απεικόνισης, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ευρέως σε διάφορα πεδία.
Η υπερφασματική και πολυφασματική απεικόνιση έχει γίνει σημαντικό μέρος της αστρονομίας2, η τηλεπισκόπηση για την παρατήρηση της γης3,4, ο ποιοτικός έλεγχος των τροφίμων και του νερού5,6, η διατήρηση της τέχνης και η αρχαιολογία7, η ιατροδικαστική8, η χειρουργική9, η βιοϊατρική ανάλυση και η διάγνωση10,11 κ.λπ. Πεδίο 1 Μια απαραίτητη τεχνολογία ,12,13.Οι μέθοδοι μέτρησης του φάσματος του φωτός που εκπέμπεται από κάθε σημείο εκπομπής στο οπτικό πεδίο χωρίζονται σε (1) σάρωση σημείων («σκούπα»)14,15, (2) γραμμική σάρωση («panicle»)16,17,18 , (3) σαρώνει κύματα μήκους 19,20,21 και (4) εικόνων22,23,24,25.Στην περίπτωση όλων αυτών των μεθόδων, η χωρική ανάλυση, η φασματική ανάλυση και η χρονική ανάλυση έχουν μια σχέση αντιστάθμισης9,10,12,26.Επιπλέον, η έξοδος φωτός έχει σημαντικό αντίκτυπο στην ευαισθησία, δηλαδή στην αναλογία σήματος προς θόρυβο στη φασματική απεικόνιση26.Η φωτεινή ροή, δηλαδή η απόδοση της χρήσης φωτός, είναι ευθέως ανάλογη με την αναλογία της πραγματικής μετρούμενης ποσότητας φωτός κάθε φωτεινού σημείου ανά μονάδα χρόνου προς τη συνολική ποσότητα φωτός της μετρούμενης περιοχής μήκους κύματος.Η κατηγορία (4) είναι μια κατάλληλη μέθοδος όταν η ένταση ή το φάσμα του φωτός που εκπέμπεται από κάθε σημείο εκπομπής αλλάζει με το χρόνο ή όταν η θέση κάθε σημείου εκπομπής αλλάζει με το χρόνο επειδή το φάσμα του φωτός που εκπέμπεται από όλα τα σημεία εκπομπής μετράται ταυτόχρονα.24.
Οι περισσότερες από τις παραπάνω μεθόδους συνδυάζονται με μεγάλα, πολύπλοκα και/ή ακριβά φασματόμετρα χρησιμοποιώντας 18 σχάρες ή 14, 16, 22, 23 πρίσματα για τις κατηγορίες (1), (2) και (4) ή 20, 21 δίσκους φίλτρων, φίλτρα υγρών .Κρυσταλλικά συντονίσιμα φίλτρα (LCTF)25 ή ακουστικο-οπτικά συντονισμένα φίλτρα (AOTF)19 κατηγορίας (3).Αντίθετα, τα φασματόμετρα πολλαπλών κατόπτρων κατηγορίας (4) είναι μικρά και φθηνά λόγω της απλής διαμόρφωσής τους27,28,29,30.Επιπλέον, έχουν υψηλή φωτεινή ροή επειδή το φως που μοιράζεται κάθε διχρωμικό κάτοπτρο (δηλαδή το εκπεμπόμενο και ανακλώμενο φως του προσπίπτοντος φωτός σε κάθε διχρωμικό κάτοπτρο) χρησιμοποιείται πλήρως και συνεχώς.Ωστόσο, ο αριθμός των ζωνών μήκους κύματος (δηλαδή των χρωμάτων) που πρέπει να μετρηθούν ταυτόχρονα περιορίζεται σε περίπου τέσσερις.
Η φασματική απεικόνιση που βασίζεται στην ανίχνευση φθορισμού χρησιμοποιείται συνήθως για πολυπλεξική ανάλυση στη βιοϊατρική ανίχνευση και διαγνωστικά 10, 13 .Στην πολυπλεξία, δεδομένου ότι πολλαπλοί αναλύτες (π.χ. συγκεκριμένο DNA ή πρωτεΐνες) επισημαίνονται με διαφορετικές φθορίζουσες βαφές, κάθε αναλυτής που υπάρχει σε κάθε σημείο εκπομπής στο οπτικό πεδίο ποσοτικοποιείται χρησιμοποιώντας ανάλυση πολλαπλών συστατικών.32 αναλύει το ανιχνευόμενο φάσμα φθορισμού που εκπέμπεται από κάθε σημείο εκπομπής.Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, διαφορετικές βαφές, η καθεμία εκπέμποντας διαφορετικό φθορισμό, μπορούν να εντοπίζονται, δηλαδή να συνυπάρχουν στο χώρο και στο χρόνο.Επί του παρόντος, ο μέγιστος αριθμός βαφών που μπορούν να διεγερθούν από μία μόνο δέσμη λέιζερ είναι οκτώ33.Αυτό το ανώτερο όριο δεν καθορίζεται από τη φασματική ανάλυση (δηλ. τον αριθμό των χρωμάτων), αλλά από το πλάτος του φάσματος φθορισμού (≥50 nm) και την ποσότητα της χρωστικής Stokes που μετατοπίζεται (≤200 nm) στο FRET (με χρήση FRET)10 .Ωστόσο, ο αριθμός των χρωμάτων πρέπει να είναι μεγαλύτερος ή ίσος με τον αριθμό των βαφών για να εξαλειφθεί η φασματική επικάλυψη των μικτών βαφών31,32.Επομένως, είναι απαραίτητο να αυξηθεί ο αριθμός των χρωμάτων που μετρώνται ταυτόχρονα σε οκτώ ή περισσότερα.
Πρόσφατα, αναπτύχθηκε ένα εξαιρετικά συμπαγές επταχρωμικό φασματόμετρο (χρησιμοποιώντας μια σειρά από επτάχρωμα κάτοπτρα και έναν αισθητήρα εικόνας για τη μέτρηση τεσσάρων ροών φθορισμού).Το φασματόμετρο είναι δύο έως τρεις τάξεις μεγέθους μικρότερο από τα συμβατικά φασματόμετρα που χρησιμοποιούν σχάρες ή πρίσματα34,35.Ωστόσο, είναι δύσκολο να τοποθετηθούν περισσότερα από επτά διχρωικά κάτοπτρα σε ένα φασματόμετρο και ταυτόχρονα να μετρηθούν περισσότερα από επτά χρώματα36,37.Με την αύξηση του αριθμού των διχρωμικών κατόπτρων, η μέγιστη διαφορά στα μήκη των οπτικών διαδρομών των διχρωμικών ροών φωτός αυξάνεται και καθίσταται δύσκολη η εμφάνιση όλων των ροών φωτός σε ένα αισθητήριο επίπεδο.Το μεγαλύτερο μήκος οπτικής διαδρομής της φωτεινής ροής αυξάνεται επίσης, επομένως το πλάτος του ανοίγματος του φασματόμετρου (δηλ. το μέγιστο πλάτος του φωτός που αναλύεται από το φασματόμετρο) μειώνεται.
Ως απάντηση στα παραπάνω προβλήματα, αναπτύχθηκε ένα εξαιρετικά συμπαγές φασματόμετρο εννέα χρωμάτων με μια «διχρωμική» δεκαχρωματική διάταξη καθρεφτών δύο στρωμάτων και έναν αισθητήρα εικόνας για στιγμιαία φασματική απεικόνιση [κατηγορία (4)].Σε σύγκριση με τα προηγούμενα φασματόμετρα, το αναπτυγμένο φασματόμετρο έχει μικρότερη διαφορά στο μέγιστο μήκος οπτικής διαδρομής και μικρότερο μέγιστο μήκος οπτικής διαδρομής.Έχει εφαρμοστεί σε ηλεκτροφόρηση τεσσάρων τριχοειδών για την ανίχνευση φθορισμού εννέα χρωμάτων που προκαλείται από λέιζερ και για την ποσοτικοποίηση της ταυτόχρονης μετανάστευσης οκτώ χρωστικών σε κάθε τριχοειδές.Δεδομένου ότι το φασματόμετρο που αναπτύχθηκε δεν είναι μόνο εξαιρετικά μικρό και φθηνό, αλλά έχει επίσης υψηλή φωτεινή ροή και επαρκή φασματική ανάλυση για τις περισσότερες εφαρμογές φασματικής απεικόνισης, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ευρέως σε διάφορα πεδία.
Το παραδοσιακό φασματόμετρο εννέα χρωμάτων φαίνεται στο σχ.1α.Ο σχεδιασμός του ακολουθεί αυτόν του προηγούμενου εξαιρετικά μικρού φασματόμετρου επτά χρωμάτων 31. Αποτελείται από εννέα διχρωμικούς καθρέφτες διατεταγμένους οριζόντια σε γωνία 45° προς τα δεξιά και ο αισθητήρας εικόνας (S) βρίσκεται πάνω από τους εννέα διχρωμικούς καθρέφτες.Το φως που εισέρχεται από κάτω (C0) διαιρείται από μια διάταξη εννέα διχρωικών κατόπτρων σε εννέα ροές φωτός που ανεβαίνουν (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 και C9).Και οι εννέα ροές χρωμάτων τροφοδοτούνται απευθείας στον αισθητήρα εικόνας και ανιχνεύονται ταυτόχρονα.Σε αυτή τη μελέτη, τα C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 και C9 είναι κατά σειρά μήκους κύματος και αντιπροσωπεύονται από ματζέντα, βιολετί, μπλε, κυανό, πράσινο, κίτρινο, πορτοκαλί, κόκκινο-πορτοκαλί και κόκκινο, αντίστοιχα.Παρόλο που αυτοί οι χρωματικοί χαρακτηρισμοί χρησιμοποιούνται σε αυτό το έγγραφο, όπως φαίνεται στο Σχήμα 3, επειδή διαφέρουν από τα πραγματικά χρώματα που βλέπει το ανθρώπινο μάτι.
Σχηματικά διαγράμματα συμβατικών και νέων φασματόμετρων εννέα χρωμάτων.(α) Συμβατικό φασματόμετρο εννέα χρωμάτων με διάταξη εννέα διχρωικών κατόπτρων.(β) Νέο φασματόμετρο εννέα χρωμάτων με διάταξη διχρωμικού καθρέφτη δύο στρωμάτων.Η προσπίπτουσα φωτεινή ροή C0 χωρίζεται σε εννέα έγχρωμες ροές φωτός C1-C9 και ανιχνεύεται από τον αισθητήρα εικόνας S.
Το νέο φασματόμετρο εννέα χρωμάτων που αναπτύχθηκε έχει πλέγμα διχρωμίας καθρέφτη δύο στρωμάτων και αισθητήρα εικόνας, όπως φαίνεται στο Σχ. 1β.Στην κάτω βαθμίδα, πέντε διχρωμικοί καθρέφτες έχουν κλίση 45° προς τα δεξιά, ευθυγραμμισμένοι προς τα δεξιά από το κέντρο της διάταξης των δεκαμερών.Στο επάνω επίπεδο, πέντε επιπλέον διχρωμικοί καθρέφτες έχουν κλίση 45° προς τα αριστερά και βρίσκονται από το κέντρο προς τα αριστερά.Ο αριστερός διχρωμικός καθρέφτης του κάτω στρώματος και ο δεξιότερος διχρωμικός καθρέφτης του ανώτερου στρώματος επικαλύπτονται μεταξύ τους.Η προσπίπτουσα φωτεινή ροή (C0) διαιρείται από κάτω σε τέσσερις εξερχόμενες χρωματικές ροές (C1-C4) με πέντε διχρωματικά κάτοπτρα στα δεξιά και πέντε εξερχόμενες χρωματικές ροές (C5-C4) με πέντε διχρωματικά κάτοπτρα στα αριστερά C9.Όπως τα συμβατικά φασματόμετρα εννέα χρωμάτων, και οι εννέα χρωματικές ροές εγχέονται απευθείας στον αισθητήρα εικόνας (S) και ανιχνεύονται ταυτόχρονα.Συγκρίνοντας τα Σχήματα 1a και 1b, μπορεί κανείς να δει ότι στην περίπτωση του νέου φασματόμετρου εννέα χρωμάτων, τόσο η μέγιστη διαφορά όσο και το μεγαλύτερο μήκος οπτικής διαδρομής των εννέα ροών χρώματος μειώνονται στο μισό.
Η λεπτομερής κατασκευή μιας εξαιρετικά μικρής διάταξης διχρωικών κατόπτρων δύο στρώσεων 29 mm (πλάτος) × 31 mm (βάθος) × 6 mm (ύψος) φαίνεται στο σχήμα 2. Η δεκαδική διάταξη διχρωμίας καθρέφτη αποτελείται από πέντε διχρωμικούς καθρέφτες στα δεξιά (M1-M5) και πέντε διχρωμιακοί καθρέφτες στα αριστερά (M6-M9 και άλλος M5), κάθε διχρωμικός καθρέφτης είναι στερεωμένος στον επάνω βραχίονα αλουμινίου.Όλα τα διχρωμικά κάτοπτρα κλιμακώνονται για να αντισταθμίσουν την παράλληλη μετατόπιση λόγω διάθλασης της ροής μέσω των καθρεπτών.Κάτω από το M1, είναι στερεωμένο ένα band-pass φίλτρο (BP).Οι διαστάσεις M1 και BP είναι 10 mm (μακριά πλευρά) x 1,9 mm (κοντή πλευρά) x 0,5 mm (πάχος).Οι διαστάσεις των υπόλοιπων διχρωμικών κατόπτρων είναι 15 mm × 1,9 mm × 0,5 mm.Το βήμα μήτρας μεταξύ M1 και M2 είναι 1,7 mm, ενώ το βήμα μήτρας άλλων διχρωμικών κατόπτρων είναι 1,6 mm.Στο σχ.Το 2c συνδυάζει την προσπίπτουσα φωτεινή ροή C0 και εννέα έγχρωμες ροές φωτός C1-C9, που χωρίζονται από μια μήτρα αποθαλάμου κατόπτρων.
Κατασκευή μήτρας διχρωμίας καθρέφτη δύο στρώσεων.(α) Μια προοπτική όψη και (β) μια όψη σε τομή μιας διάταξης διχρωμίας καθρέφτη δύο στρώσεων (διαστάσεις 29 mm x 31 mm x 6 mm).Αποτελείται από πέντε διχρωματικά κάτοπτρα (M1-M5) που βρίσκονται στο κάτω στρώμα, πέντε διχρωικά κάτοπτρα (M6-M9 και ένα άλλο M5) που βρίσκονται στο ανώτερο στρώμα και ένα φίλτρο διέλευσης ζώνης (BP) που βρίσκεται κάτω από το M1.(γ) Όψη διατομής σε κατακόρυφη διεύθυνση, με επικάλυψη C0 και C1-C9.
Το πλάτος του ανοίγματος στην οριζόντια κατεύθυνση, που υποδεικνύεται από το πλάτος C0 στο Σχ. 2, c, είναι 1 mm και στην κατεύθυνση κάθετη στο επίπεδο του Σχ. 2, c, που δίνεται από τη σχεδίαση του βραχίονα αλουμινίου, – 7 χλστ.Δηλαδή, το νέο φασματόμετρο εννέα χρωμάτων έχει μεγάλο μέγεθος ανοίγματος 1 mm × 7 mm.Η οπτική διαδρομή του C4 είναι η μεγαλύτερη μεταξύ των C1-C9 και η οπτική διαδρομή του C4 εντός της συστοιχίας διχρωμικού καθρέφτη, λόγω του παραπάνω εξαιρετικά μικρού μεγέθους (29 mm × 31 mm × 6 mm), είναι 12 mm.Ταυτόχρονα, το μήκος της οπτικής διαδρομής του C5 είναι το μικρότερο μεταξύ των C1-C9 και το μήκος της οπτικής διαδρομής του C5 είναι 5,7 mm.Επομένως, η μέγιστη διαφορά στο μήκος της οπτικής διαδρομής είναι 6,3 mm.Τα παραπάνω μήκη οπτικής διαδρομής διορθώνονται για το μήκος οπτικής διαδρομής για οπτική μετάδοση των M1-M9 και BP (από χαλαζία).
Οι φασματικές ιδιότητες των Μ1−Μ9 και VR υπολογίζονται έτσι ώστε οι ροές Σ1, С2, С3, С4, С5, С6, С7, С8 και С9 να βρίσκονται στην περιοχή μήκους κύματος 520–540, 540–560, 560–580, 580 –600, 600–620, 620–640, 640–660, 660–680 και 680–700 nm, αντίστοιχα.
Μια φωτογραφία της κατασκευασμένης μήτρας δεκαχρωματικών κατόπτρων φαίνεται στο Σχ. 3α.Τα M1-M9 και BP είναι κολλημένα στην κλίση 45° και στο οριζόντιο επίπεδο του στηρίγματος αλουμινίου, αντίστοιχα, ενώ τα M1 και BP είναι κρυμμένα στο πίσω μέρος του σχήματος.
Παραγωγή συστοιχίας κατόπτρων δεκανίου και επίδειξη του.(α) Συστοιχία κατασκευασμένων δεκαχρωματικών κατόπτρων.(β) Μια διαιρεμένη εικόνα εννέα χρωμάτων 1 mm × 7 mm που προβάλλεται σε ένα φύλλο χαρτιού τοποθετημένο μπροστά από μια σειρά από δεκαχρωματικούς καθρέφτες και με οπίσθιο φωτισμό με λευκό φως.(γ) Μια σειρά από δεκοχρωματικούς καθρέφτες που φωτίζονται με λευκό φως από πίσω.(δ) Ρεύμα διάσπασης εννέα χρωμάτων που προέρχεται από τη διάταξη κατόπτρων δεκανίου, που παρατηρείται τοποθετώντας ένα ακρυλικό δοχείο γεμάτο με καπνό μπροστά από τη διάταξη καθρέφτη δεκανίου στο c και σκοτεινιάζει το δωμάτιο.
Τα μετρούμενα φάσματα μετάδοσης του M1-M9 C0 σε γωνία πρόσπτωσης 45° και το μετρούμενο φάσμα μετάδοσης του BP C0 σε γωνία πρόσπτωσης 0° φαίνονται στα Σχ.4α.Τα φάσματα μετάδοσης του C1-C9 σε σχέση με το C0 φαίνονται στα Σχ.4β.Αυτά τα φάσματα υπολογίστηκαν από τα φάσματα στα Σχ.4a σύμφωνα με την οπτική διαδρομή C1-C9 στο Σχ. 4α.1β και 2γ.Για παράδειγμα, 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)], όπου TS(X) και [ 1 − TS(X)] είναι τα φάσματα μετάδοσης και ανάκλασης του X, αντίστοιχα.Όπως φαίνεται στο Σχήμα 4β, τα εύρη ζώνης (εύρος ζώνης ≥50%) των C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 και C9 είναι 521-540, 541-562, 563-580, 581-602, 603 -623, 624-641, 642-657, 659-680 και 682-699 nm.Αυτά τα αποτελέσματα είναι συνεπή με τα αναπτυγμένα εύρη.Επιπλέον, η απόδοση χρήσης του φωτός C0 είναι υψηλή, δηλαδή η μέση μέγιστη διαπερατότητα φωτός C1-C9 είναι 92%.
Φάσματα μετάδοσης ενός διχρωμικού καθρέφτη και μιας διαιρεμένης ροής εννέα χρωμάτων.(α) Μετρημένα φάσματα μετάδοσης M1-M9 σε συχνότητα 45° και BP σε συχνότητα 0°.(β) Φάσματα μετάδοσης C1–C9 σε σχέση με C0 υπολογιζόμενα από το (α).
Στο σχ.3γ, η διάταξη των διχρωμικών κατόπτρων βρίσκεται κατακόρυφα, έτσι ώστε η δεξιά πλευρά της στο Σχ. 3α να είναι η επάνω πλευρά και η λευκή δέσμη του ευθυγραμμισμένου LED (C0) να φωτίζεται από πίσω.Η σειρά δεκαχρωματικών κατόπτρων που φαίνεται στο Σχήμα 3α είναι τοποθετημένη σε έναν προσαρμογέα 54 mm (ύψος) × 58 mm (βάθος) × 8,5 mm (πάχος).Στο σχ.3d, εκτός από την κατάσταση που φαίνεται στο σχ.3γ, μια ακρυλική δεξαμενή γεμάτη καπνό τοποθετήθηκε μπροστά από μια σειρά από δεκοχρωματικούς καθρέφτες, με τα φώτα στο δωμάτιο σβηστά.Ως αποτέλεσμα, εννέα διχρωικά ρεύματα είναι ορατά στη δεξαμενή, που προέρχονται από μια σειρά δεκαχρωματικών κατόπτρων.Κάθε διαχωρισμένο ρεύμα έχει ορθογώνια διατομή με διαστάσεις 1 × 7 mm, που αντιστοιχεί στο μέγεθος του ανοίγματος του νέου φασματόμετρου εννέα χρωμάτων.Στο Σχήμα 3β, ένα φύλλο χαρτιού τοποθετείται μπροστά από τη σειρά των διχρωμικών κατόπτρων στο Σχήμα 3γ, και μια εικόνα 1 x 7 mm εννέα διχρωικών ρευμάτων που προβάλλονται πάνω στο χαρτί παρατηρείται από την κατεύθυνση της κίνησης του χαρτιού.ρέματα.Οι εννέα ροές διαχωρισμού χρωμάτων στο σχ.Τα 3b και d είναι C4, C3, C2, C1, C5, C6, C7, C8 και C9 από πάνω προς τα κάτω, τα οποία φαίνονται επίσης στα σχήματα 1 και 2. 1b και 2c.Παρατηρούνται σε χρώματα που αντιστοιχούν στα μήκη κύματός τους.Λόγω της χαμηλής έντασης λευκού φωτός του LED (βλ. Συμπληρωματικό Σχ. S3) και της ευαισθησίας της έγχρωμης κάμερας που χρησιμοποιείται για τη λήψη του C9 (682–699 nm) στο Σχ. Οι άλλες ροές διαχωρισμού είναι αδύναμες.Ομοίως, το C9 ήταν αμυδρά ορατό με γυμνό μάτι.Εν τω μεταξύ, το C2 (το δεύτερο ρεύμα από την κορυφή) φαίνεται πράσινο στο Σχήμα 3, αλλά φαίνεται πιο κίτρινο με γυμνό μάτι.
Η μετάβαση από το Σχήμα 3γ στο δ φαίνεται στο Συμπληρωματικό Βίντεο 1. Αμέσως αφού το λευκό φως από το LED περάσει μέσα από τη δεκαχρωματική διάταξη καθρέφτη, χωρίζεται ταυτόχρονα σε εννέα ροές χρωμάτων.Στο τέλος, ο καπνός του κάδου διαλύθηκε σταδιακά από πάνω προς τα κάτω, με αποτέλεσμα να εξαφανιστούν και οι εννέα χρωματιστές σκόνες από πάνω προς τα κάτω.Αντίθετα, στο Συμπληρωματικό Βίντεο 2, όταν το μήκος κύματος της φωτεινής ροής που προσπίπτει στη διάταξη των δεκαχρωματικών κατόπτρων άλλαξε από μακρύ σε μικρό της τάξης των 690, 671, 650, 632, 610, 589, 568, 550 και 532 nm ., Εμφανίζονται μόνο οι αντίστοιχες διαχωρισμένες ροές των εννέα διαχωρισμένων ροών με τη σειρά των C9, C8, C7, C6, C5, C4, C3, C2 και C1.Η ακρυλική δεξαμενή αντικαθίσταται από μια δεξαμενή χαλαζία και οι νιφάδες κάθε διακλαδισμένης ροής μπορούν να παρατηρηθούν καθαρά από την κεκλιμένη προς τα πάνω κατεύθυνση.Επιπλέον, το υπο-βίντεο 3 επεξεργάζεται έτσι ώστε το τμήμα αλλαγής μήκους κύματος του υπο-βίντεο 2 να αναπαράγεται ξανά.Αυτή είναι η πιο εύγλωττη έκφραση των χαρακτηριστικών μιας δεκοχρωματικής διάταξης κατόπτρων.
Τα παραπάνω αποτελέσματα δείχνουν ότι η κατασκευασμένη συστοιχία δεκαχρωματικού καθρέφτη ή το νέο φασματόμετρο εννέα χρωμάτων λειτουργεί όπως προβλέπεται.Το νέο φασματόμετρο εννέα χρωμάτων σχηματίζεται με την τοποθέτηση μιας σειράς δεκαχρωμικών κατόπτρων με προσαρμογείς απευθείας στην πλακέτα αισθητήρα εικόνας.
Φωτεινή ροή με εύρος μήκους κύματος από 400 έως 750 nm, που εκπέμπεται από τέσσερα σημεία ακτινοβολίας φ50 μm, που βρίσκονται σε διαστήματα 1 mm στην κατεύθυνση κάθετη στο επίπεδο του Σχ. 2γ, αντίστοιχα Έρευνες 31, 34. Η συστοιχία τεσσάρων φακών αποτελείται από τέσσερις φακοί φ1 mm με εστιακή απόσταση 1,4 mm και βήμα 1 mm.Τέσσερα ευθυγραμμισμένα ρεύματα (τέσσερα C0) προσπίπτουν στο DP ενός νέου φασματόμετρου εννέα χρωμάτων, σε διαστήματα 1 mm.Μια σειρά διχρωμικών κατόπτρων χωρίζει κάθε ρεύμα (C0) σε εννέα χρωματικές ροές (C1-C9).Οι προκύπτουσες 36 ροές (τέσσερα σετ C1-C9) εγχέονται στη συνέχεια απευθείας σε έναν αισθητήρα εικόνας CMOS (S) που συνδέεται απευθείας με μια σειρά διχρωμικών κατόπτρων.Ως αποτέλεσμα, όπως φαίνεται στο Σχ. 5α, λόγω της μικρής διαφοράς μέγιστης οπτικής διαδρομής και της μικρής μέγιστης οπτικής διαδρομής, οι εικόνες και των 36 ροών εντοπίστηκαν ταυτόχρονα και καθαρά με το ίδιο μέγεθος.Σύμφωνα με τα κατάντη φάσματα (βλ. Συμπληρωματικό Σχήμα S4), η ένταση εικόνας των τεσσάρων ομάδων C1, C2 και C3 είναι σχετικά χαμηλή.Τριάντα έξι εικόνες είχαν μέγεθος 0,57 ± 0,05 mm (μέση τιμή ± SD).Έτσι, η μεγέθυνση της εικόνας ήταν κατά μέσο όρο 11,4.Η κατακόρυφη απόσταση μεταξύ των εικόνων είναι κατά μέσο όρο 1 mm (ίδια απόσταση με τη διάταξη φακών) και η οριζόντια απόσταση είναι κατά μέσο όρο 1,6 mm (η ίδια απόσταση με τη διάταξη διχρωμίας κατόπτρων).Επειδή το μέγεθος της εικόνας είναι πολύ μικρότερο από την απόσταση μεταξύ των εικόνων, κάθε εικόνα μπορεί να μετρηθεί ανεξάρτητα (με χαμηλή συνομιλία).Εν τω μεταξύ, εικόνες είκοσι οκτώ ροών που καταγράφηκαν από το συμβατικό φασματόμετρο επτά χρωμάτων που χρησιμοποιήθηκε στην προηγούμενη μελέτη μας φαίνονται στο Σχήμα 5 Β. Η διάταξη των επτά διχρωμικών κατόπτρων δημιουργήθηκε αφαιρώντας τους δύο πιο δεξιούς διχρωμικούς κατόπτρες από τη διάταξη των εννέα διχρωμιών καθρέφτες στο Σχήμα 1α.Δεν είναι όλες οι εικόνες ευκρινείς, το μέγεθος της εικόνας αυξάνεται από C1 σε C7.Είκοσι οκτώ εικόνες έχουν μέγεθος 0,70 ± 0,19 mm.Έτσι, είναι δύσκολο να διατηρηθεί η υψηλή ανάλυση σε όλες τις εικόνες.Ο συντελεστής διακύμανσης (CV) για το μέγεθος εικόνας 28 στο Σχήμα 5β ήταν 28%, ενώ το CV για το μέγεθος εικόνας 36 στο Σχήμα 5α μειώθηκε στο 9%.Τα παραπάνω αποτελέσματα δείχνουν ότι το νέο φασματόμετρο εννέα χρωμάτων όχι μόνο αυξάνει τον αριθμό των ταυτόχρονα μετρούμενων χρωμάτων από επτά σε εννέα, αλλά έχει επίσης υψηλή ανάλυση εικόνας για κάθε χρώμα.
Σύγκριση της ποιότητας της διαιρεμένης εικόνας που σχηματίζεται από συμβατικά και νέα φασματόμετρα.(α) Τέσσερις ομάδες εικόνων διαχωρισμένων εννέα χρωμάτων (C1-C9) που δημιουργούνται από το νέο φασματόμετρο εννέα χρωμάτων.(β) Τέσσερα σετ εικόνων διαχωρισμένων επτά χρωμάτων (C1-C7) που σχηματίζονται με ένα συμβατικό φασματόμετρο επτά χρωμάτων.Ροές (C0) με μήκη κύματος από 400 έως 750 nm από τέσσερα σημεία εκπομπής ευθυγραμμίζονται και προσπίπτουν σε κάθε φασματόμετρο, αντίστοιχα.
Τα φασματικά χαρακτηριστικά του φασματόμετρου εννέα χρωμάτων αξιολογήθηκαν πειραματικά και τα αποτελέσματα αξιολόγησης φαίνονται στο Σχήμα 6. Σημειώστε ότι το Σχήμα 6α δείχνει τα ίδια αποτελέσματα με το Σχήμα 5α, δηλαδή σε μήκη κύματος 4 C0 400–750 nm, ανιχνεύονται και οι 36 εικόνες (4 ομάδες C1–C9).Αντίθετα, όπως φαίνεται στην Εικ. 6b–j, όταν κάθε C0 έχει συγκεκριμένο μήκος κύματος 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670 ή 690 nm, υπάρχουν σχεδόν μόνο τέσσερις αντίστοιχες εικόνες (τέσσερις ομάδες ανίχνευσαν C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 ή C9).Ωστόσο, ορισμένες από τις εικόνες δίπλα στις τέσσερις αντίστοιχες εικόνες ανιχνεύονται πολύ ασθενώς επειδή τα φάσματα μετάδοσης C1-C9 που φαίνονται στο Σχ. 4β επικαλύπτονται ελαφρώς και κάθε C0 έχει μια ζώνη 10 nm σε ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος όπως περιγράφεται στη μέθοδο.Αυτά τα αποτελέσματα είναι σύμφωνα με τα φάσματα μετάδοσης C1-C9 που φαίνονται στα Σχ.4β και συμπληρωματικά βίντεο 2 και 3. Με άλλα λόγια, το εννέα χρωματικό φασματόμετρο λειτουργεί όπως αναμένεται με βάση τα αποτελέσματα που φαίνονται στο σχήμα.4β.Επομένως, συνάγεται το συμπέρασμα ότι η κατανομή της έντασης της εικόνας C1-C9 είναι το φάσμα κάθε C0.
Φασματικά χαρακτηριστικά ενός φασματόμετρου εννέα χρωμάτων.Το νέο φασματόμετρο εννέα χρωμάτων δημιουργεί τέσσερα σετ εικόνων διαχωρισμένων εννέα χρωμάτων (C1-C9) όταν το προσπίπτον φως (τέσσερα C0) έχει μήκος κύματος (α) 400-750 nm (όπως φαίνεται στο Σχήμα 5α), (β) 530 nm.nm, (γ) 550 nm, (δ) 570 nm, (ε) 590 nm, (στ) 610 nm, (g) 630 nm, (h) 650 nm, (i) 670 nm, (j) 690 nm, αντίστοιχα.
Το αναπτυγμένο φασματόμετρο εννέα χρωμάτων χρησιμοποιήθηκε για τετρατριχοειδή ηλεκτροφόρηση (για λεπτομέρειες, βλέπε Συμπληρωματικά Υλικά)31,34,35.Η τετρατριχοειδής μήτρα αποτελείται από τέσσερα τριχοειδή αγγεία (εξωτερική διάμετρος 360 μm και εσωτερική διάμετρος 50 μm) που βρίσκονται σε διαστήματα 1 mm στη θέση ακτινοβολίας λέιζερ.Δείγματα που περιέχουν θραύσματα DNA επισημασμένα με 8 βαφές, συγκεκριμένα FL-6C (χρωστική 1), JOE-6C (χρωστική 2), dR6G (χρωστική 3), TMR-6C (χρωστική 4), CXR-6C (χρωστική 5), TOM- 6C (χρωστική 6), LIZ (χρωστική 7) και WEN (χρωστική 8) με αύξουσα σειρά μήκους κύματος φθορισμού, διαχωρισμένα σε καθένα από τα τέσσερα τριχοειδή αγγεία (εφεξής αναφερόμενα ως Cap1, Cap2, Cap3 και Cap4).Ο φθορισμός που προκαλείται από λέιζερ από το Cap1-Cap4 ευθυγραμμίστηκε με μια διάταξη τεσσάρων φακών και καταγράφηκε ταυτόχρονα με ένα φασματόμετρο εννέα χρωμάτων.Η δυναμική έντασης του φθορισμού εννέα χρωμάτων (C1-C9) κατά τη διάρκεια της ηλεκτροφόρησης, δηλαδή, ένα ηλεκτροφόρημα εννέα χρωμάτων κάθε τριχοειδούς, φαίνεται στο Σχ. 7α.Ένα ισοδύναμο ηλεκτροφόρημα εννέα χρωμάτων λαμβάνεται στο Cap1-Cap4.Όπως υποδεικνύεται από τα βέλη Cap1 στο Σχήμα 7α, οι οκτώ κορυφές σε κάθε ηλεκτροφόρημα εννέα χρωμάτων δείχνουν μία εκπομπή φθορισμού από το Dye1-Dye8, αντίστοιχα.
Ταυτόχρονη ποσοτικοποίηση οκτώ χρωστικών με χρήση φασματόμετρου ηλεκτροφόρησης τεσσάρων τριχοειδών χρωμάτων.(α) Ηλεκτροφόρημα εννέα χρωμάτων (C1-C9) κάθε τριχοειδούς.Οι οκτώ κορυφές που υποδεικνύονται με τα βέλη Cap1 δείχνουν μεμονωμένες εκπομπές φθορισμού οκτώ χρωστικών (Dye1-Dye8).Τα χρώματα των βελών αντιστοιχούν στα χρώματα (β) και (γ).(β) Φάσματα φθορισμού οκτώ χρωστικών (Dye1-Dye8) ανά τριχοειδές.γ Ηλεκτροφερογράμματα οκτώ χρωστικών (Dye1-Dye8) ανά τριχοειδές.Οι κορυφές των σημασμένων με Dye7 θραυσμάτων DNA υποδεικνύονται με βέλη και τα μήκη βάσης Cap4 τους.
Οι κατανομές έντασης του C1-C9 σε οκτώ κορυφές φαίνονται στα Σχ.7β, αντίστοιχα.Επειδή τόσο το C1-C9 όσο και το Dye1-Dye8 έχουν σειρά μήκους κύματος, οι οκτώ κατανομές στο Σχ. 7b δείχνουν τα φάσματα φθορισμού του Dye1-Dye8 διαδοχικά από αριστερά προς τα δεξιά.Σε αυτή τη μελέτη, τα Dye1, Dye2, Dye3, Dye4, Dye5, Dye6, Dye7 και Dye8 εμφανίζονται σε ματζέντα, βιολετί, μπλε, κυανό, πράσινο, κίτρινο, πορτοκαλί και κόκκινο, αντίστοιχα.Σημειώστε ότι τα χρώματα των βελών στο Σχ. 7α αντιστοιχούν στα χρώματα της βαφής στο Σχ. 7β.Οι εντάσεις φθορισμού C1-C9 για κάθε φάσμα στο Σχήμα 7b κανονικοποιήθηκαν έτσι ώστε το άθροισμά τους να ισούται με ένα.Οκτώ ισοδύναμα φάσματα φθορισμού ελήφθησαν από το Cap1-Cap4.Μπορεί κανείς να παρατηρήσει ξεκάθαρα τη φασματική επικάλυψη του φθορισμού μεταξύ της χρωστικής 1-χρωστικής 8.
Όπως φαίνεται στο Σχήμα 7γ, για κάθε τριχοειδές, το ηλεκτροφόρογραμμα εννέα χρωμάτων στο Σχήμα 7α μετατράπηκε σε ηλεκτροφερόγραμμα οκτώ χρωμάτων με ανάλυση πολλαπλών συστατικών με βάση τα οκτώ φάσματα φθορισμού στο Σχήμα 7β (βλ. Συμπληρωματικά Υλικά για λεπτομέρειες).Εφόσον η φασματική επικάλυψη του φθορισμού στο Σχήμα 7α δεν εμφανίζεται στο Σχήμα 7γ, το Dye1-Dye8 μπορεί να αναγνωριστεί και να ποσοτικοποιηθεί ξεχωριστά σε κάθε χρονικό σημείο, ακόμη και αν διαφορετικές ποσότητες Dye1-Dye8 φθορίζουν ταυτόχρονα.Αυτό δεν μπορεί να γίνει με την παραδοσιακή ανίχνευση επτά χρωμάτων31, αλλά μπορεί να επιτευχθεί με την ανεπτυγμένη ανίχνευση εννέα χρωμάτων.Όπως φαίνεται από τα βέλη Cap1 στο Σχ. 7γ, μόνο οι μονές εκπομπές φθορισμού Dye3 (μπλε), Dye8 (κόκκινο), Dye5 (πράσινο), Dye4 (κυανό), Dye2 (μοβ), Dye1 (ματζέντα) και Dye6 (κίτρινο ) τηρούνται με την αναμενόμενη χρονολογική σειρά.Για την εκπομπή φθορισμού της χρωστικής 7 (πορτοκαλί), εκτός από τη μοναδική κορυφή που υποδεικνύεται από το πορτοκαλί βέλος, παρατηρήθηκαν και αρκετές άλλες μονές κορυφές.Αυτό το αποτέλεσμα οφείλεται στο γεγονός ότι τα δείγματα περιείχαν πρότυπα μεγέθους, επισημασμένα με Dye7 θραύσματα DNA με διαφορετικά μήκη βάσης.Όπως φαίνεται στο Σχήμα 7γ, για το Cap4 αυτά τα μήκη βάσης είναι μήκη βάσης 20, 40, 60, 80, 100, 114, 120, 140, 160, 180, 200, 214 και 220.
Τα κύρια χαρακτηριστικά του φασματόμετρου εννέα χρωμάτων, που αναπτύχθηκε χρησιμοποιώντας μια μήτρα διχρωμικών κατόπτρων δύο στρωμάτων, είναι το μικρό μέγεθος και ο απλός σχεδιασμός.Δεδομένου ότι η σειρά δεκαχρωματικών κατόπτρων μέσα στον προσαρμογέα φαίνεται στο σχ.3c τοποθετημένο απευθείας στην πλακέτα αισθητήρα εικόνας (βλ. Εικ. S1 και S2), το φασματόμετρο εννέα χρωμάτων έχει τις ίδιες διαστάσεις με τον προσαρμογέα, δηλαδή 54 × 58 × 8,5 mm.(πάχος) .Αυτό το εξαιρετικά μικρό μέγεθος είναι δύο έως τρεις τάξεις μεγέθους μικρότερο από τα συμβατικά φασματόμετρα που χρησιμοποιούν σχάρες ή πρίσματα.Επιπλέον, δεδομένου ότι το φασματόμετρο εννέα χρωμάτων είναι διαμορφωμένο έτσι ώστε το φως να προσπίπτει κάθετα στην επιφάνεια του αισθητήρα εικόνας, μπορεί εύκολα να διατεθεί χώρος για το φασματόμετρο εννέα χρωμάτων σε συστήματα όπως μικροσκόπια, κυτταρόμετρα ροής ή αναλυτές.Αναλυτής ηλεκτροφόρησης τριχοειδούς πλέγματος για ακόμη μεγαλύτερη σμίκρυνση του συστήματος.Ταυτόχρονα, το μέγεθος δέκα διχρωικών κατόπτρων και φίλτρων ζώνης που χρησιμοποιούνται στο φασματόμετρο εννέα χρωμάτων είναι μόνο 10×1,9×0,5 mm ή 15×1,9×0,5 mm.Έτσι, περισσότεροι από 100 τέτοιοι μικροί διχρωμικοί καθρέφτες και φίλτρα ζώνης, αντίστοιχα, μπορούν να κοπούν από ένα διχρωμικό κάτοπτρο και ένα φίλτρο ζώνης 60 mm2, αντίστοιχα.Επομένως, μια σειρά από δεκαχρωματικούς καθρέφτες μπορεί να κατασκευαστεί με χαμηλό κόστος.
Ένα άλλο χαρακτηριστικό του φασματόμετρου εννέα χρωμάτων είναι τα εξαιρετικά φασματικά χαρακτηριστικά του.Συγκεκριμένα, επιτρέπει τη λήψη φασματικών εικόνων στιγμιότυπων, δηλαδή την ταυτόχρονη λήψη εικόνων με φασματικές πληροφορίες.Για κάθε εικόνα, λήφθηκε ένα συνεχές φάσμα με εύρος μήκους κύματος από 520 έως 700 nm και ανάλυση 20 nm.Με άλλα λόγια, ανιχνεύονται εννέα χρωματικές εντάσεις φωτός για κάθε εικόνα, δηλαδή εννέα ζώνες 20 nm που διαιρούν εξίσου το εύρος μήκους κύματος από 520 έως 700 nm.Αλλάζοντας τα φασματικά χαρακτηριστικά του διχρωμικού καθρέφτη και του φίλτρου διέλευσης ζώνης, μπορεί να ρυθμιστεί το εύρος μήκους κύματος των εννέα ζωνών και το πλάτος κάθε ζώνης.Η ανίχνευση εννέα χρωμάτων μπορεί να χρησιμοποιηθεί όχι μόνο για μετρήσεις φθορισμού με φασματική απεικόνιση (όπως περιγράφεται σε αυτήν την αναφορά), αλλά και για πολλές άλλες κοινές εφαρμογές που χρησιμοποιούν φασματική απεικόνιση.Αν και η υπερφασματική απεικόνιση μπορεί να ανιχνεύσει εκατοντάδες χρώματα, έχει βρεθεί ότι ακόμη και με σημαντική μείωση του αριθμού των ανιχνεύσιμων χρωμάτων, πολλαπλά αντικείμενα στο οπτικό πεδίο μπορούν να αναγνωριστούν με επαρκή ακρίβεια για πολλές εφαρμογές38,39,40.Επειδή η χωρική ανάλυση, η φασματική ανάλυση και η χρονική ανάλυση έχουν αντίθεση στη φασματική απεικόνιση, η μείωση του αριθμού των χρωμάτων μπορεί να βελτιώσει τη χωρική ανάλυση και τη χρονική ανάλυση.Μπορεί επίσης να χρησιμοποιήσει απλά φασματόμετρα όπως αυτό που αναπτύχθηκε σε αυτή τη μελέτη και να μειώσει περαιτέρω τον όγκο του υπολογισμού.
Σε αυτή τη μελέτη, οκτώ βαφές ποσοτικοποιήθηκαν ταυτόχρονα με φασματικό διαχωρισμό των επικαλυπτόμενων φασμάτων φθορισμού τους με βάση την ανίχνευση εννέα χρωμάτων.Έως και εννέα χρωστικές μπορούν να ποσοτικοποιηθούν ταυτόχρονα, συνυπάρχοντας στο χρόνο και στο χώρο.Ένα ιδιαίτερο πλεονέκτημα του φασματόμετρου εννέα χρωμάτων είναι η υψηλή φωτεινή του ροή και το μεγάλο διάφραγμα (1 × 7 mm).Η συστοιχία καθρέφτη δεκανίου έχει μέγιστη μετάδοση 92% του φωτός από το άνοιγμα σε καθεμία από τις εννέα περιοχές μηκών κύματος.Η απόδοση της χρήσης προσπίπτοντος φωτός στην περιοχή μήκους κύματος από 520 έως 700 nm είναι σχεδόν 100%.Σε ένα τόσο μεγάλο εύρος μηκών κύματος, κανένα πλέγμα περίθλασης δεν μπορεί να προσφέρει τόσο υψηλή απόδοση χρήσης.Ακόμη και αν η απόδοση περίθλασης ενός πλέγματος περίθλασης υπερβαίνει το 90% σε ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος, καθώς αυξάνεται η διαφορά μεταξύ αυτού του μήκους κύματος και ενός συγκεκριμένου μήκους κύματος, η απόδοση περίθλασης σε άλλο μήκος κύματος μειώνεται41.Το πλάτος του διαφράγματος κάθετο προς την κατεύθυνση του επιπέδου στο Σχήμα 2c μπορεί να επεκταθεί από 7 mm στο πλάτος του αισθητήρα εικόνας, όπως στην περίπτωση του αισθητήρα εικόνας που χρησιμοποιείται σε αυτή τη μελέτη, τροποποιώντας ελαφρά τη διάταξη decamer.
Το φασματόμετρο εννέα χρωμάτων μπορεί να χρησιμοποιηθεί όχι μόνο για τριχοειδική ηλεκτροφόρηση, όπως φαίνεται σε αυτή τη μελέτη, αλλά και για διάφορους άλλους σκοπούς.Για παράδειγμα, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, ένα φασματόμετρο εννέα χρωμάτων μπορεί να εφαρμοστεί σε ένα μικροσκόπιο φθορισμού.Το επίπεδο του δείγματος εμφανίζεται στον αισθητήρα εικόνας του φασματόμετρου εννέα χρωμάτων μέσω ενός αντικειμενικού φακού 10x.Η οπτική απόσταση μεταξύ του αντικειμενικού φακού και του αισθητήρα εικόνας είναι 200 ​​mm, ενώ η οπτική απόσταση μεταξύ της προσπίπτουσας επιφάνειας του φασματόμετρου εννέα χρωμάτων και του αισθητήρα εικόνας είναι μόνο 12 mm.Επομένως, η εικόνα κόπηκε περίπου στο μέγεθος του διαφράγματος (1 × 7 mm) στο επίπεδο πρόσπτωσης και χωρίστηκε σε εννέα έγχρωμες εικόνες.Δηλαδή, μια φασματική εικόνα ενός στιγμιότυπου εννέα χρωμάτων μπορεί να ληφθεί σε μια περιοχή 0,1×0,7 mm στο επίπεδο δείγματος.Επιπλέον, είναι δυνατό να ληφθεί μια φασματική εικόνα εννέα χρωμάτων μιας μεγαλύτερης περιοχής στο επίπεδο δείγματος σαρώνοντας το δείγμα σε σχέση με τον αντικειμενικό στόχο στην οριζόντια κατεύθυνση στο Σχ. 2γ.
Τα εξαρτήματα της διάταξης δεκαχρωματικών κατόπτρων, συγκεκριμένα τα M1-M9 και BP, κατασκευάστηκαν κατά παραγγελία από την Asahi Spectra Co., Ltd. χρησιμοποιώντας τυπικές μεθόδους καθίζησης.Πολυστρωματικά διηλεκτρικά υλικά εφαρμόστηκαν μεμονωμένα σε δέκα πλάκες χαλαζία διαστάσεων 60 × 60 mm και πάχους 0,5 mm, πληρώντας τις ακόλουθες απαιτήσεις: M1: IA = 45°, R ≥ 90% στα 520–590 nm, Tave ≥ 90% στα 610– 610 nm.700 nm, M2: IA = 45°, R ≥ 90% στα 520–530 nm, Tave ≥ 90% στα 550–600 nm, M3: IA = 45°, R ≥ 90% σε 540–550 nm, 540–550 nm, % στα 570–600 nm, M4: IA = 45°, R ≥ 90% στα 560–570 nm, Tave ≥ 90% στα 590–600 nm, M5: IA = 45 °, R ≥ 98% στα 00nm , R ≥ 98% στα 680–700 nm, M6: IA = 45°, Tave ≥ 90% στα 600–610 nm, R ≥ 90% στα 630–700 nm, M7: IA = 45°, R ≥ 620–630 nm, Taw ≥ 90% στα 650–700 nm, M8: IA = 45°, R ≥ 90% στα 640–650 nm, Taw ≥ 90% στα 670–700 nm, M9: R5, IA = ≥ 90% στα 650-670 nm, Tave ≥ 90% στα 690-700 nm, BP: IA = 0°, T ≤ 0,01% στα 505 nm, Tave ≥ 95% στα 530-650 ≥0 nm στα -690 nm και T ≤ 1% στα 725-750 nm, όπου IA, T, Tave και R είναι η γωνία πρόσπτωσης, η διαπερατότητα, η μέση μετάδοση και η μη πολωμένη ανάκλαση φωτός.
Το λευκό φως (C0) με εύρος μήκους κύματος 400–750 nm που εκπέμπεται από μια πηγή φωτός LED (AS 3000, AS ONE CORPORATION) ευθυγραμμίστηκε και προσπίπτει κατακόρυφα στο DP μιας συστοιχίας διχρωμικών κατόπτρων.Το φάσμα λευκού φωτός των LED φαίνεται στο Συμπληρωματικό Σχήμα S3.Τοποθετήστε μια ακρυλική δεξαμενή (διαστάσεων 150 × 150 × 30 mm) ακριβώς μπροστά από τη διάταξη καθρέφτη της δεκαμεράς, απέναντι από το PSU.Ο καπνός που παρήχθη όταν ο ξηρός πάγος βυθίστηκε σε νερό χύθηκε στη συνέχεια σε μια ακρυλική δεξαμενή για να παρατηρήσει τα εννέα χρώματα C1-C9 διαχωρισμένα ρεύματα που προέρχονται από τη σειρά των δεκαχρωματικών κατόπτρων.
Εναλλακτικά, το ευθυγραμμισμένο λευκό φως (C0) περνά μέσα από ένα φίλτρο πριν εισέλθει στο DP.Τα φίλτρα ήταν αρχικά φίλτρα ουδέτερης πυκνότητας με οπτική πυκνότητα 0,6.Στη συνέχεια χρησιμοποιήστε ένα μηχανοκίνητο φίλτρο (FW212C, FW212C, Thorlabs).Τέλος, ενεργοποιήστε ξανά το φίλτρο ND.Τα εύρη ζώνης των εννέα φίλτρων διέλευσης ζώνης αντιστοιχούν σε C9, C8, C7, C6, C5, C4, C3, C2 και C1, αντίστοιχα.Ένα κελί χαλαζία με εσωτερικές διαστάσεις 40 (οπτικό μήκος) x 42,5 (ύψος) x 10 mm (πλάτος) τοποθετήθηκε μπροστά από μια σειρά από δεκοχρωματικά κάτοπτρα, απέναντι από το BP.Στη συνέχεια, ο καπνός τροφοδοτείται μέσω ενός σωλήνα στην κυψέλη χαλαζία για να διατηρηθεί η συγκέντρωση καπνού στην κυψέλη χαλαζία για να απεικονιστούν τα εννέα χρώματα διαχωρισμένα ρεύματα C1-C9 που προέρχονται από τη διάταξη δεκαχρωματικού καθρέφτη.
Ένα βίντεο με τη ροή εννέα χρωμάτων split light που προέρχεται από μια σειρά από δεκανικούς καθρέφτες καταγράφηκε σε λειτουργία time-lapse στο iPhone XS.Τραβήξτε εικόνες της σκηνής σε 1 fps και μεταγλωττίστε τις εικόνες για να δημιουργήσετε βίντεο στα 30 fps (για προαιρετικό βίντεο 1) ή 24 fps (για προαιρετικά βίντεο 2 και 3).
Τοποθετήστε μια πλάκα από ανοξείδωτο χάλυβα πάχους 50 μm (με τέσσερις οπές διαμέτρου 50 μm σε διαστήματα 1 mm) στην πλάκα διάχυσης.Φως με μήκος κύματος 400-750 nm ακτινοβολείται πάνω στην πλάκα διαχύτη, που λαμβάνεται με τη διέλευση του φωτός από μια λάμπα αλογόνου μέσω ενός φίλτρου μικρής μετάδοσης με μήκος κύματος αποκοπής 700 nm.Το φάσμα φωτός φαίνεται στο συμπληρωματικό σχήμα S4.Εναλλακτικά, το φως διέρχεται επίσης από ένα από τα φίλτρα ζώνης 10 nm με κέντρο στα 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670 και 690 nm και χτυπά στην πλάκα του διαχύτη.Ως αποτέλεσμα, τέσσερα σημεία ακτινοβολίας με διάμετρο φ50 μm και διαφορετικά μήκη κύματος σχηματίστηκαν σε μια πλάκα από ανοξείδωτο χάλυβα απέναντι από την πλάκα διαχύτη.
Μια τετρατριχοειδής συστοιχία με τέσσερις φακούς είναι τοποθετημένη σε ένα φασματόμετρο εννέα χρωμάτων όπως φαίνεται στα Σχήματα 1 και 2. C1 και C2.Τα τέσσερα τριχοειδή αγγεία και οι τέσσερις φακοί ήταν ίδια με προηγούμενες μελέτες31,34.Μια δέσμη λέιζερ με μήκος κύματος 505 nm και ισχύ 15 mW ακτινοβολείται ταυτόχρονα και ομοιόμορφα από το πλάι στα σημεία εκπομπής τεσσάρων τριχοειδών αγγείων.Ο φθορισμός που εκπέμπεται από κάθε σημείο εκπομπής ευθυγραμμίζεται από τον αντίστοιχο φακό και διαχωρίζεται σε εννέα χρωματικές ροές από μια σειρά δεκαχρωματικών κατόπτρων.Οι 36 ροές που προέκυψαν στη συνέχεια εγχύθηκαν απευθείας σε έναν αισθητήρα εικόνας CMOS (C11440–52U, Hamamatsu Photonics K·K.) και οι εικόνες τους καταγράφηκαν ταυτόχρονα.
ABI PRISM® BigDye® Primer Cycle Sequencing Ready Reaction Kit (Applied Biosystems), 4 μl βαφής GeneScan™ 600 LIZ™ αναμίχθηκαν για κάθε τριχοειδές με ανάμειξη 1 μl PowerPlex® 6C Matrix Standard (Promega Corporation), πρότυπο μεγέθους μίγματος 1 μl.v2.0 (Thermo Fisher Scientific) και 14 µl νερού.Το PowerPlex® 6C Matrix Standard αποτελείται από έξι θραύσματα DNA επισημασμένα με έξι βαφές: FL-6C, JOE-6C, TMR-6C, CXR-6C, TOM-6C και WEN, κατά σειρά μέγιστου μήκους κύματος.Τα μήκη βάσης αυτών των θραυσμάτων DNA δεν αποκαλύπτονται, αλλά η αλληλουχία μήκους βάσης των θραυσμάτων DNA που έχουν επισημανθεί με WEN, CXR-6C, TMR-6C, JOE-6C, FL-6C και TOM-6C είναι γνωστή.Το μείγμα στο κιτ έτοιμων αντιδράσεων για την ακολουθία ακολουθίας εκκινητών ABI PRISM® BigDye® Primer περιέχει ένα θραύσμα DNA σημασμένο με βαφή dR6G.Τα μήκη των βάσεων των θραυσμάτων DNA επίσης δεν αποκαλύπτονται.Το GeneScan™ 600 LIZ™ Dye Size Standard v2.0 περιλαμβάνει 36 επισημασμένα με LIZ θραύσματα DNA.Τα μήκη βάσης αυτών των θραυσμάτων DNA είναι 20, 40, 60, 80, 100, 114, 120, 140, 160, 180, 200, 214, 220, 240, 250, 260, 280, 3143,3 360, 380, 400, 414, 420, 440, 460, 480, 500, 514, 520, 540, 560, 580 και 600 βάσης.Τα δείγματα μετουσιώθηκαν στους 94°C για 3 λεπτά, στη συνέχεια ψύχθηκαν σε πάγο για 5 λεπτά.Τα δείγματα εγχύθηκαν σε κάθε τριχοειδές στα 26 V/cm για 9 δευτερόλεπτα και διαχωρίστηκαν σε κάθε τριχοειδές γεμάτο με διάλυμα πολυμερούς POP-7™ (Thermo Fisher Scientific) με ενεργό μήκος 36 cm και τάση 181 V/cm και γωνία 60°.ΑΠΟ.
Όλα τα δεδομένα που αποκτήθηκαν ή αναλύθηκαν κατά τη διάρκεια αυτής της μελέτης περιλαμβάνονται σε αυτό το δημοσιευμένο άρθρο και στις πρόσθετες πληροφορίες του.Άλλα δεδομένα σχετικά με αυτήν τη μελέτη είναι διαθέσιμα από τους αντίστοιχους συγγραφείς κατόπιν εύλογου αιτήματος.
Khan, MJ, Khan, HS, Yousaf, A., Khurshid, K., and Abbas, A. Τρέχουσες τάσεις στην ανάλυση υπερφασματικής απεικόνισης: μια ανασκόπηση.Πρόσβαση στο IEEE 6, 14118–14129.https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2812999 (2018).
Vaughan, AH Astronomical Interferometric φασματοσκοπία Fabry-Perot.εγκαθιστώ.Αιδεσιμότατος Άστρον.αστροφυσική.5, 139-167.https://doi.org/10.1146/annurev.aa.05.090167.001035 (1967).
Goetz, AFH, Wein, G., Solomon, JE and Rock, BN Φασματοσκοπία εικόνων τηλεπισκόπησης της Γης.Science 228, 1147–1153.https://doi.org/10.1126/science.228.4704.1147 (1985).
Yokoya, N., Grohnfeldt, C., and Chanussot, J. Σύντηξη υπερφασματικών και πολυφασματικών δεδομένων: συγκριτική ανασκόπηση πρόσφατων δημοσιεύσεων.IEEE Earth Sciences.Εφημερίδα τηλεπισκόπησης.5:29–56.https://doi.org/10.1109/MGRS.2016.2637824 (2017).
Gowen, AA, O'Donnell, SP, Cullen, PJ, Downey, G. and Frias, JM Η υπερφασματική απεικόνιση είναι ένα νέο αναλυτικό εργαλείο για τον ποιοτικό έλεγχο και την ασφάλεια των τροφίμων.Τάσεις στην επιστήμη των τροφίμων.τεχνολογία.18, 590-598.https://doi.org/10.1016/j.tifs.2007.06.001 (2007).
ElMasri, G., Mandour, N., Al-Rejaye, S., Belin, E. and Rousseau, D. Πρόσφατες εφαρμογές πολυφασματικής απεικόνισης για την παρακολούθηση του φαινοτύπου και της ποιότητας των σπόρων - μια ανασκόπηση.Sensors 19, 1090 (2019).
Liang, H. Advances in Multispectral and Hyperspectral Imaging for Archaeology and Art Preservation.Κάντε αίτηση για ένα φυσικό 106, 309–323.https://doi.org/10.1007/s00339-011-6689-1 (2012).
Edelman GJ, Gaston E., van Leeuwen TG, Cullen PJ και Alders MKG Υπερφασματική απεικόνιση για ανάλυση ιατροδικαστικών ιχνών χωρίς επαφή.Εγκληματολογία.εσωτερικά 223, 28-39.https://doi.org/10.1016/j.forsciint.2012.09.012 (2012).