التصوير الكيميائي الطيفي غير الخطي متعدد الوسائط باستخدام مجهر توليد مجموع التردد الاهتزازي للمسح الخطي

تم استخدام توليد المجموع الاهتزازي للتردد (VSFG) ، وهي تقنية بصرية غير خطية من الدرجة الثانية ^1,2 ، على نطاق واسع كأداة طيفية لتحديد العينات المسموح بها كيميائيا³،⁴،⁵،⁶،⁷،⁸،⁹،^10،11،^{12،13 ،} 14,15,16,17,18,19,20,21,22. تقليديا ، تم تطبيق VSFG على الأنظمة البينية⁸،⁹،¹⁰،¹¹ (أي الغاز السائل ، السائل السائل ، الغاز الصلب ^، السائل الصلب) ^، والتي تفتقر إلى تناظر الانعكاس – وهو مطلب لنشاط VSFG. قدم هذا التطبيق ل VSFG ثروة من التفاصيل الجزيئية للواجهات المدفونة 12،13 ، وتكوينات جزيئات الماء في الواجهات¹⁴،15،16،17،18 ، والأنواع الكيميائية في الواجهات ¹⁹،²⁰،^21،22.

على الرغم من أن VSFG كان قويا في تحديد الأنواع الجزيئية والتكوينات في الواجهات ، إلا أن إمكاناته في قياس الهياكل الجزيئية للمواد التي تفتقر إلى مراكز الانعكاس لم تتحقق. ويرجع ذلك جزئيا إلى أن المواد يمكن أن تكون غير متجانسة في بيئتها الكيميائية وتركيباتها وترتيبها الهندسي ، ويحتوي مطياف VSFG التقليدي على مساحة إضاءة كبيرة في حدود 100 ميكرومتر². وبالتالي ، فإن التحليل الطيفي التقليدي VSFG يقدم تقارير عن معلومات متوسط المجموعة للعينة على مساحة إضاءة نموذجية تبلغ 100 ميكرومتر². قد يؤدي متوسط المجموعة هذا إلى إلغاء الإشارة بين المجالات المرتبة جيدا ذات الاتجاهات المعاكسة وسوء توصيف عدم التجانس المحلي¹⁵،²⁰،^23،24.

مع التقدم في الفتحة العددية العالية (NA) ، وأهداف المجهر العاكسة (هندسة شوارزشيلد وكاسيجرين) ، والتي تكاد تكون خالية من الانحرافات اللونية ، يمكن تقليل حجم تركيز الحزمتين في تجارب VSFG من 100 ميكرومتر 2 إلى 1-2 ميكرومتر² وفي بعض الحالات تحت^{الميكرون 25}. بما في ذلك هذا التقدم التكنولوجي ، طورت مجموعتنا وغيرها VSFG إلى منصة مجهرية 20،23،26،27،^28،29،30،31،32،³³،34،^35،36. في الآونة الأخيرة ، قمنا بتنفيذ تخطيط بصري مقلوب ونظام الكشف عن النطاق العريض³⁷ ، والذي يتيح مجموعة سلسة من الصور متعددة الوسائط (VSFG ، الجيل التوافقي الثاني (SHG) ، و brightfield optical). يسمح التصوير متعدد الوسائط بالفحص السريع للعينات باستخدام التصوير البصري ، وربط أنواع مختلفة من الصور معا ، وتحديد مواقع الإشارة على صور العينة. مع بصريات الإضاءة اللونية واختيار مصدر الإضاءة بالليزر النبضي ، تسمح هذه المنصة البصرية بالتكامل السلس في المستقبل لتقنيات إضافية مثل المجهر الفلوري³⁸ ومجهر رامان ، من بين أمور أخرى.

في هذا الترتيب الجديد ، تمت دراسة عينات مثل المنظمات الهرمية وفئة من التجميعات الذاتية الجزيئية (MSAs). تشمل هذه المواد الكولاجين والمحاكاة الحيوية ، حيث يكون كل من التركيب الكيميائي والتنظيم الهندسي مهمين للوظيفة النهائية للمادة. نظرا لأن VSFG هي إشارة بصرية غير خطية من الدرجة الثانية ، فهي حساسة بشكل خاص للترتيبات بين الجزيئات^39,40 ، مثل المسافة بين الجزيئات أو زوايا الالتواء ، مما يجعلها أداة مثالية للكشف عن كل من التركيبات الكيميائية والترتيبات الجزيئية. يصف هذا العمل طرائق VSFG و SHG و brightfield للأداة الأساسية التي تتكون من ليزر الحالة الصلبة المخدر بالإيتربيوم الذي يضخ مضخم حدودي ضوئي (OPA) ، وهو مجهر مقلوب متعدد الوسائط محلي الصنع ومحلل تردد أحادي اللون مقترن بكاشف جهاز مزدوج مشحون ثنائي الأبعاد (CCD)²⁷. يتم توفير إجراءات البناء والمحاذاة خطوة بخطوة ، وقائمة أجزاء كاملة من الإعداد. كما يتم تقديم تحليل متعمق ل MSA ، الذي تتكون وحدته الفرعية الجزيئية الأساسية من جزيء واحد من كبريتات الصوديوم دوديسيل (SDS) ، وهو خافض للتوتر السطحي شائع ، وجزيئين من β-cyclodextrin (β-CD) ، المعروف باسم SDS@2 β-CD هنا ، كمثال لإظهار كيف يمكن ل VSFG الكشف عن تفاصيل هندسية خاصة بالجزيء للمادة المنظمة. وقد ثبت أيضا أنه يمكن تحديد التفاصيل الهندسية الخاصة بالمواد الكيميائية ل MSA من خلال نهج حل وظائف الشبكة العصبية.