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Mar 24, 2023

울트라

과학 보고서 12권,

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 16518(2022) 이 기사 인용

840 액세스

2 알트메트릭

측정항목 세부정보

초소형(54 × 58 × 8.5mm) 및 대형 조리개(1 × 7mm) 9색 분광계(2개 층으로 "이중으로 분리된" 10개의 이색성 거울 배열 사용)가 개발되어 스냅샷 스펙트럼 이미징에 사용되었습니다. 조리개 크기보다 작은 단면적을 갖는 입사광속을 20nm 폭의 연속 파장 대역과 중심 파장 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670, 690의 9개 색속으로 분할합니다. nm. 9가지 색속의 이미지는 이미지 센서에 의해 동시에 효율적으로 측정됩니다. 개발된 이색거울 배열은 기존 이색거울 배열과 달리 독특한 이분형 구성을 갖고 있어 동시에 측정할 수 있는 색상 수를 늘릴 뿐만 아니라 각 색속의 이미지 해상도도 향상시킨다. 개발된 9색 분광기는 4-모세관 배열 전기영동에 사용되었습니다. 각 모세관에서 동시에 이동하는 8개의 염료를 9색 레이저 유도 형광 검출을 통해 동시에 정량화했습니다. 9색 분광기는 초소형이고 저렴할 뿐만 아니라 대부분의 분광 이미징 응용 분야에서 높은 광 처리량과 충분한 분광 분해능을 갖췄기 때문에 다양한 분야에서 널리 사용될 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

하이퍼 및 다중 스펙트럼 이미징은 천문학2, 지구 관측 원격 감지3,4, 식품 및 수질 관리5,6, 미술품 보존 및 고고학7, 법의학8, 수술9, 생물의학 분석 및 진단10,11과 같은 분야1에서 필수적인 기술이 되었습니다. ,12,13. 시야 내 각 방출 지점에서 방출되는 빛의 스펙트럼을 측정하는 방법은 (1) 점 스캐닝("whisk-broom")14,15, (2) 라인 스캐닝("push-broom")16으로 분류됩니다. ,17,18, (3) 파장 스캐닝19,20,21 및 (4) 스냅샷22,23,24,25. 이러한 모든 방법의 경우 공간 해상도, 스펙트럼 해상도 및 시간 해상도는 트레이드오프 관계를 공유합니다9,10,12,26. 또한 광 처리량은 감도, 즉 스펙트럼 이미징의 신호 대 잡음비에 중요한 영향을 미칩니다. 광 처리량, 즉 광이용 효율은 단위 시간당 각 발광 지점에서 방출되는 측정 대상 파장 대역의 총 광량 대비 실제 측정된 광량의 비율에 비례합니다. 각 방출점에서 방출되는 빛의 강도나 스펙트럼이 시간에 따라 변하거나, 각 방출점의 위치가 시간에 따라 변하는 경우에는 모든 방출점에서 방출되는 빛의 스펙트럼을 측정하므로 카테고리 (4)가 적절한 방법이다. 동시에24.

위에서 언급한 방법의 대부분은 범주 (1), (2) 및 (4) 또는 필터 휠20,21에 대해 격자18 또는 프리즘14,16,22,23을 사용하는 크고 복잡하며 값비싼 분광계와 결합됩니다. – 크리스탈 조정 가능 필터(LCTF)25 또는 카테고리(3)의 경우 음향 광학 조정 가능 필터(AOTF)19. 대조적으로, 카테고리(4)에 대해 여러 이색성 거울을 사용하는 분광계는 간단한 구성 덕분에 작고 저렴합니다. 또한, 각 이색거울에 의해 분할된 두 빛(즉, 각 이색거울에 입사된 빛의 투과광과 반사광)을 모두 연속적으로 활용하기 때문에 높은 광 처리량을 갖는다. 그러나 동시에 측정할 수 있는 파장 대역(즉, 색상)의 수는 426개 정도로 제한됩니다.

형광 검출을 기반으로 한 스펙트럼 이미징은 생체의학 분석 및 진단의 다중 분석에 종종 사용됩니다. 다중 분석에서는 여러 종류의 분석물(예: 특정 DNA 또는 단백질)이 각각 서로 다른 형광 염료로 표지되어 있으므로 매 시간 시야의 각 방출 지점에 존재하는 각 분석물의 양을 다성분 분석으로 정량화합니다. , 각 시간마다 각 방출 지점에서 방출되는 검출된 형광 스펙트럼을 혼합하지 않습니다. 그 과정에서 각각 다른 형광을 내는 서로 다른 염료들이 공존, 즉 공간적, 시간적으로 공존할 수 있다. 현재 단일 레이저 빔으로 여기되어 각 염료가 다른 염료와 구별될 수 있는 최대 염료 수는 833개입니다. 이 상한은 스펙트럼 분해능(즉, 색상 수)에 의해 결정되는 것이 아니라 형광 스펙트럼의 폭(≥ 50 nm)과 형광 공명 에너지 전달 시 염료의 스톡스 이동 크기(≤ 200 nm)에 의해 결정됩니다( FRET)10을 사용한다. 그러나 염료의 스펙트럼 중복을 혼합하지 않으려면 색상 수가 염료 수보다 크거나 같아야 합니다. 따라서 동시에 측정되는 색상 수를 8개 이상으로 늘릴 필요가 있습니다.