ท่อขดสแตนเลส 316L สำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน

ขอขอบคุณที่เยี่ยมชม Nature.comคุณกำลังใช้เวอร์ชันเบราว์เซอร์ที่มีการรองรับ CSS แบบจำกัดเพื่อประสบการณ์ที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์ที่อัปเดต (หรือปิดใช้งานโหมดความเข้ากันได้ใน Internet Explorer)นอกจากนี้ เพื่อให้มั่นใจว่าได้รับการสนับสนุนอย่างต่อเนื่อง เราจะแสดงไซต์โดยไม่มีสไตล์และ JavaScript
แสดงภาพหมุนสามสไลด์พร้อมกันใช้ปุ่มก่อนหน้าและถัดไปเพื่อเลื่อนผ่านสามสไลด์ในแต่ละครั้ง หรือใช้ปุ่มแถบเลื่อนที่ส่วนท้ายเพื่อเลื่อนผ่านสามสไลด์ในแต่ละครั้ง
สเปกโตรมิเตอร์เก้าสีขนาดกะทัดรัดเป็นพิเศษ (54 × 58 × 8.5 มม.) และรูรับแสงกว้าง (1 × 7 มม.) ได้รับการพัฒนาโดย "แยกออกเป็นสองส่วน" โดยใช้กระจกไดโครอิกสิบชุด ซึ่งใช้สำหรับการถ่ายภาพสเปกตรัมทันทีฟลักซ์แสงตกกระทบที่มีหน้าตัดเล็กกว่าขนาดรูรับแสงจะถูกแบ่งออกเป็นแถบต่อเนื่องกว้าง 20 นาโนเมตร และฟลักซ์สีเก้าสีที่มีความยาวคลื่นกลาง 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670 และ 690 นาโนเมตรภาพของสตรีมสีเก้าสีจะถูกวัดพร้อมกันอย่างมีประสิทธิภาพด้วยเซนเซอร์ภาพแตกต่างจากอาร์เรย์มิเรอร์ไดโครอิกทั่วไป อาร์เรย์มิเรอร์ไดโครอิกที่พัฒนาขึ้นมีการกำหนดค่าแบบสองชิ้นที่เป็นเอกลักษณ์ ซึ่งไม่เพียงเพิ่มจำนวนสีที่สามารถวัดได้พร้อมกัน แต่ยังปรับปรุงความละเอียดของภาพสำหรับแต่ละสตรีมสีอีกด้วยสเปกโตรมิเตอร์เก้าสีที่พัฒนาขึ้นนั้นใช้สำหรับอิเล็กโตรโฟเรซิสแบบสี่แคปิลลารีการวิเคราะห์เชิงปริมาณพร้อมกันของสีย้อมแปดสีที่ย้ายพร้อมกันในแต่ละเส้นเลือดฝอยโดยใช้สารเรืองแสงที่เกิดจากเลเซอร์เก้าสีเนื่องจากสเปกโตรมิเตอร์เก้าสีไม่เพียงแต่มีขนาดเล็กเป็นพิเศษและราคาไม่แพง แต่ยังมีฟลักซ์การส่องสว่างสูงและความละเอียดสเปกตรัมที่เพียงพอสำหรับการใช้งานด้านการถ่ายภาพสเปกตรัมส่วนใหญ่ จึงสามารถนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ
การถ่ายภาพไฮเปอร์สเปกตรัมและหลายสเปกตรัมกลายเป็นส่วนสำคัญของดาราศาสตร์2 การสำรวจระยะไกลสำหรับการสังเกตโลก3,4 การควบคุมคุณภาพอาหารและน้ำ5,6 การอนุรักษ์งานศิลปะและโบราณคดี7 นิติวิทยาศาสตร์8 การผ่าตัด9 การวิเคราะห์และการวินิจฉัยทางชีวการแพทย์10,11 เป็นต้น สนามที่ 1 เทคโนโลยีที่ขาดไม่ได้ ,12,13.วิธีการวัดสเปกตรัมของแสงที่ปล่อยออกมาจากแต่ละจุดที่ปล่อยออกมาในขอบเขตการมองเห็น แบ่งออกเป็น (1) การสแกนจุด (“ไม้กวาด”)14,15, (2) การสแกนเชิงเส้น (“panicle”)16,17,18 , (3) ความยาวสแกนคลื่น 19,20,21 และ (4) รูปภาพ 22,23,24,25ในกรณีของวิธีการเหล่านี้ทั้งหมด ความละเอียดเชิงพื้นที่ ความละเอียดเชิงสเปกตรัม และความละเอียดเชิงเวลามีความสัมพันธ์แบบเสียเปรียบ9,10,12,26นอกจากนี้ เอาต์พุตแสงยังส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อความไว เช่น อัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนในการถ่ายภาพสเปกตรัม26ฟลักซ์ส่องสว่างซึ่งก็คือประสิทธิภาพของการใช้แสงจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอัตราส่วนของปริมาณแสงที่วัดได้จริงของจุดส่องสว่างแต่ละจุดต่อหน่วยเวลาต่อปริมาณแสงทั้งหมดของช่วงความยาวคลื่นที่วัดได้ประเภท (4) เป็นวิธีที่เหมาะสมเมื่อความเข้มหรือสเปกตรัมของแสงที่ปล่อยออกมาจากจุดเปล่งแสงแต่ละจุดเปลี่ยนแปลงตามเวลา หรือเมื่อตำแหน่งของแต่ละจุดเปล่งแสงเปลี่ยนแปลงตามเวลา เนื่องจากสเปกตรัมของแสงที่ปล่อยออกมาจากจุดเปล่งแสงทั้งหมดถูกวัดพร้อมกัน24.
วิธีการข้างต้นส่วนใหญ่ใช้ร่วมกับสเปกโตรมิเตอร์ขนาดใหญ่ ซับซ้อน และ/หรือมีราคาแพง โดยใช้ตะแกรงกรอง 18 ชิ้นหรือปริซึม 14, 16, 22, 23 สำหรับคลาส (1), (2) และ (4) หรือ 20, 21 แผ่นกรอง, กรองของเหลว .ตัวกรองแบบปรับได้แบบคริสตัลไลน์ (LCTF)25 หรือตัวกรองแบบปรับได้แบบอะคูสติก-ออปติก (AOTF)19 ของหมวดหมู่ (3)ในทางตรงกันข้าม สเปกโตรมิเตอร์แบบหลายกระจกประเภท (4) มีขนาดเล็กและราคาไม่แพงเนื่องจากมีการกำหนดค่าที่เรียบง่าย27,28,29,30นอกจากนี้ ยังมีฟลักซ์การส่องสว่างสูงเนื่องจากแสงที่กระจกไดโครอิกแต่ละชิ้นใช้ร่วมกัน (นั่นคือ แสงที่ส่งผ่านและสะท้อนของแสงที่ตกกระทบบนกระจกไดโครอิกแต่ละตัว) จะถูกใช้งานอย่างเต็มที่และต่อเนื่องอย่างไรก็ตาม จำนวนแถบความยาวคลื่น (เช่น สี) ที่ต้องวัดพร้อมกันนั้นถูกจำกัดไว้ที่ประมาณสี่แถบ
การถ่ายภาพสเปกตรัมโดยใช้การตรวจจับเรืองแสงมักใช้สำหรับการวิเคราะห์แบบมัลติเพล็กซ์ในการตรวจจับและวินิจฉัยทางชีวการแพทย์ 10, 13ในการทำมัลติเพล็กซ์ เนื่องจากสารวิเคราะห์หลายชนิด (เช่น DNA หรือโปรตีนจำเพาะ) จะถูกติดป้ายกำกับด้วยสีย้อมฟลูออเรสเซนต์ที่แตกต่างกัน สารวิเคราะห์แต่ละตัวที่ปรากฏ ณ จุดปล่อยก๊าซแต่ละจุดในขอบเขตการมองเห็นจะถูกวัดปริมาณโดยใช้การวิเคราะห์แบบหลายองค์ประกอบ32 จะแจกแจงสเปกตรัมเรืองแสงที่ตรวจพบซึ่งปล่อยออกมาจากจุดเปล่งแสงแต่ละจุดในระหว่างกระบวนการนี้ สีย้อมต่างๆ ซึ่งแต่ละสีเปล่งแสงเรืองแสงต่างกัน สามารถรวมกลุ่มกัน กล่าวคือ อยู่ร่วมกันในอวกาศและเวลาได้ปัจจุบัน จำนวนสีย้อมสูงสุดที่สามารถกระตุ้นได้ด้วยลำแสงเลเซอร์เดียวคือ 833 สีขีดจำกัดบนนี้ไม่ได้ถูกกำหนดโดยความละเอียดสเปกตรัม (เช่น จำนวนสี) แต่โดยความกว้างของสเปกตรัมเรืองแสง (≥50 nm) และปริมาณของสีย้อม Stokes shift (≤200 nm) ที่ FRET (โดยใช้ FRET)10 .อย่างไรก็ตาม จำนวนสีต้องมากกว่าหรือเท่ากับจำนวนสีย้อม เพื่อขจัดสเปกตรัมทับซ้อนของสีย้อมผสม31,32ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเพิ่มจำนวนสีที่วัดพร้อมกันเป็นแปดสีขึ้นไป
เมื่อเร็วๆ นี้ได้มีการพัฒนาสเปกโตรมิเตอร์ heptachroic ที่มีขนาดกะทัดรัดพิเศษ (โดยใช้อาร์เรย์ของกระจก heptychroic และเซ็นเซอร์ภาพเพื่อวัดฟลักซ์ฟลูออเรสเซนต์ 4 ดวง)สเปกโตรมิเตอร์มีขนาดเล็กกว่าสเปกโตรมิเตอร์ทั่วไปสองถึงสามลำดับโดยใช้ตะแกรงหรือปริซึม 34,35อย่างไรก็ตาม เป็นการยากที่จะวางกระจกไดโครอิกมากกว่า 7 ดวงในสเปกโตรมิเตอร์และวัดสีได้มากกว่า 7 สีพร้อมกัน36,37ด้วยจำนวนกระจกไดโครอิกที่เพิ่มขึ้น ความแตกต่างสูงสุดในความยาวของเส้นทางแสงของฟลักซ์แสงไดโครอิกจะเพิ่มขึ้น และการแสดงฟลักซ์แสงทั้งหมดบนระนาบประสาทสัมผัสเดียวกลายเป็นเรื่องยากความยาวเส้นทางแสงที่ยาวที่สุดของฟลักซ์แสงก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ดังนั้นความกว้างของรูรับแสงของสเปกโตรมิเตอร์ (เช่น ความกว้างสูงสุดของแสงที่วิเคราะห์โดยสเปกโตรมิเตอร์) จะลดลง
เพื่อตอบสนองต่อปัญหาข้างต้น จึงได้พัฒนาสเปกโตรมิเตอร์ 9 สีขนาดกะทัดรัดเป็นพิเศษพร้อมอาร์เรย์กระจกแยกสี “ไดโครอิก” สองชั้น และเซ็นเซอร์ภาพสำหรับการถ่ายภาพสเปกตรัมทันที [หมวดหมู่ (4)] ได้รับการพัฒนาเมื่อเปรียบเทียบกับสเปกโตรมิเตอร์รุ่นก่อน สเปกโตรมิเตอร์ที่พัฒนาแล้วมีความแตกต่างน้อยกว่าในความยาวเส้นทางแสงสูงสุดและความยาวเส้นทางแสงสูงสุดที่น้อยกว่ามันถูกนำไปใช้กับอิเล็กโตรโฟรีซิสสี่เส้นเลือดฝอยเพื่อตรวจจับการเรืองแสงเก้าสีที่เกิดจากเลเซอร์ และเพื่อวัดปริมาณการโยกย้ายพร้อมกันของสีย้อมแปดสีในแต่ละเส้นเลือดฝอยเนื่องจากสเปกโตรมิเตอร์ที่พัฒนาขึ้นไม่เพียงแต่มีขนาดเล็กเป็นพิเศษและราคาไม่แพง แต่ยังมีฟลักซ์การส่องสว่างสูงและความละเอียดสเปกตรัมที่เพียงพอสำหรับการใช้งานด้านการถ่ายภาพสเปกตรัมส่วนใหญ่ จึงสามารถนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ
สเปกโตรมิเตอร์เก้าสีแบบดั้งเดิมแสดงไว้ในรูปที่ 11ก.การออกแบบเป็นไปตามแบบของสเปกโตรมิเตอร์ 31 เจ็ดสีขนาดเล็กพิเศษรุ่นก่อนหน้านี้ ประกอบด้วยกระจกไดโครอิก 9 ชิ้นที่จัดเรียงในแนวนอนที่มุม 45° ไปทางขวา และเซ็นเซอร์รับภาพ (S) ตั้งอยู่เหนือกระจกไดโครอิกทั้ง 9 ชิ้นแสงที่เข้ามาจากด้านล่าง (C0) จะถูกแบ่งโดยอาร์เรย์ของกระจกไดโครอิกเก้าชุด ออกเป็นเก้าแสงที่ไหลขึ้นไป (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 และ C9)สตรีมสีทั้งเก้าสีจะถูกป้อนโดยตรงไปยังเซนเซอร์ภาพและตรวจพบพร้อมกันในการศึกษานี้ C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 และ C9 เรียงลำดับตามความยาวคลื่น และแสดงด้วยสีม่วงแดง ม่วง น้ำเงิน ฟ้า เขียว เหลือง ส้ม แดงส้ม และ สีแดงตามลำดับแม้ว่าการกำหนดสีเหล่านี้จะถูกนำมาใช้ในเอกสารนี้ ดังแสดงในรูปที่ 3 เนื่องจากสีเหล่านี้แตกต่างจากสีจริงที่ตามนุษย์มองเห็นได้
แผนผังของสเปกโตรมิเตอร์เก้าสีแบบธรรมดาและแบบใหม่(a) สเปกโตรมิเตอร์เก้าสีทั่วไปที่มีอาร์เรย์ของกระจกไดโครอิกเก้าตัว(b) สเปกโตรมิเตอร์เก้าสีใหม่พร้อมอาร์เรย์กระจกไดโครอิกสองชั้นฟลักซ์แสงตกกระทบ C0 แบ่งออกเป็นเก้าฟลักซ์แสงสี C1-C9 และตรวจพบโดยเซนเซอร์ภาพ S
สเปกโตรมิเตอร์เก้าสีใหม่ที่พัฒนาขึ้นมีตะแกรงกระจกไดโครอิกสองชั้นและเซ็นเซอร์ภาพ ดังแสดงในรูปที่ 1bในชั้นล่าง กระจกไดโครอิกห้าบานจะเอียงไปทางขวา 45° และจัดชิดไปทางขวาจากศูนย์กลางของชุดเดคาเมอร์ที่ระดับบนสุด กระจกไดโครอิกเพิ่มเติมอีก 5 บานจะเอียงไปทางซ้าย 45° และตั้งจากตรงกลางไปทางซ้ายกระจกไดโครอิกด้านซ้ายสุดของชั้นล่างและกระจกไดโครอิกด้านขวาสุดของชั้นบนจะซ้อนทับกันฟลักซ์แสงตกกระทบ (C0) ถูกแบ่งจากด้านล่างออกเป็นฟลักซ์โครมาติกขาออกสี่ตัว (C1-C4) ด้วยกระจกไดโครอิกห้าตัวทางด้านขวา และฟลักซ์โครมาติกขาออกห้าตัว (C5-C4) โดยกระจกไดโครอิกห้าตัวทางด้านซ้าย C9)เช่นเดียวกับสเปกโตรมิเตอร์เก้าสีทั่วไป สตรีมสีทั้งเก้าสีจะถูกฉีดเข้าไปในเซนเซอร์ภาพ (S) โดยตรงและตรวจจับพร้อมกันเมื่อเปรียบเทียบรูปที่ 1a และ 1b เราจะเห็นได้ว่าในกรณีของสเปกโตรมิเตอร์เก้าสีใหม่ ทั้งความแตกต่างสูงสุดและความยาวเส้นทางแสงที่ยาวที่สุดของฟลักซ์สีทั้งเก้าสีจะลดลงครึ่งหนึ่ง
โครงสร้างโดยละเอียดของอาร์เรย์กระจกไดโครอิกสองชั้นขนาดเล็กพิเศษ 29 มม. (กว้าง) × 31 มม. (ลึก) × 6 มม. (สูง) แสดงในรูปที่ 2 อาร์เรย์กระจกไดโครอิกทศนิยมประกอบด้วยกระจกไดโครอิกห้าตัวทางด้านขวา (M1-M5) และกระจกไดโครอิกห้าตัวทางด้านซ้าย ( M6-M9 และ M5 อีกอัน) กระจกไดโครอิกแต่ละตัวได้รับการแก้ไขในตัวยึดอะลูมิเนียมด้านบนกระจกไดโครอิกทั้งหมดถูกเซเพื่อชดเชยการกระจัดแบบขนานเนื่องจากการหักเหของการไหลผ่านกระจกต่ำกว่า M1 ตัวกรองแบนด์พาส (BP) ได้รับการแก้ไขแล้วขนาด M1 และ BP คือ 10 มม. (ด้านยาว) x 1.9 มม. (ด้านสั้น) x 0.5 มม. (ความหนา)ขนาดของกระจกไดโครอิกที่เหลือคือ 15 มม. × 1.9 มม. × 0.5 มม.ระยะเมทริกซ์ระหว่าง M1 และ M2 คือ 1.7 มม. ในขณะที่ระยะเมทริกซ์ของกระจกไดโครอิกอื่นๆ คือ 1.6 มม.บนรูป2c รวมฟลักซ์แสงตกกระทบ C0 และฟลักซ์แสงสีเก้าชนิด C1-C9 โดยแยกจากกันด้วยเมทริกซ์แยกห้องของกระจก
การสร้างเมทริกซ์กระจกไดโครอิกสองชั้น(a) มุมมองเปอร์สเปคทีฟและ (b) มุมมองตัดขวางของอาเรย์มิเรอร์ไดโครอิกสองชั้น (ขนาด 29 มม. x 31 มม. x 6 มม.)ประกอบด้วยกระจกไดโครอิก 5 ตัว (M1-M5) ซึ่งอยู่ที่ชั้นล่าง กระจกไดโครอิก 5 ตัว (M6-M9 และ M5 อีกตัว) อยู่ที่ชั้นบน และตัวกรองแบนด์พาส (BP) ที่อยู่ใต้ M1(c) มุมมองภาพตัดขวางในแนวตั้ง โดยมี C0 และ C1-C9 ทับซ้อนกัน
ความกว้างของรูรับแสงในแนวนอนซึ่งระบุโดยความกว้าง C0 ในรูปที่ 2, c คือ 1 มม. และในทิศทางตั้งฉากกับระนาบของรูปที่ 2, c ซึ่งกำหนดโดยการออกแบบตัวยึดอะลูมิเนียม – 7 มม.นั่นคือสเปกโตรมิเตอร์เก้าสีใหม่มีขนาดรูรับแสงกว้าง 1 มม. × 7 มม.เส้นทางแสงของ C4 นั้นยาวที่สุดในบรรดา C1-C9 และเส้นทางแสงของ C4 ภายในอาร์เรย์มิเรอร์ไดโครอิก เนื่องจากขนาดที่เล็กพิเศษข้างต้น (29 มม. × 31 มม. × 6 มม.) คือ 12 มม.ในเวลาเดียวกัน ความยาวเส้นทางแสงของ C5 จะสั้นที่สุดในบรรดา C1-C9 และความยาวเส้นทางแสงของ C5 คือ 5.7 มม.ดังนั้นความแตกต่างสูงสุดของความยาวเส้นทางแสงคือ 6.3 มม.ความยาวเส้นทางแสงด้านบนได้รับการแก้ไขสำหรับความยาวเส้นทางแสงสำหรับการส่งผ่านแสงของ M1-M9 และ BP (จากควอตซ์)
คุณสมบัติทางสเปกตรัมของ М1−М9 และ VR ได้รับการคำนวณเพื่อให้ฟลักซ์ С1, С2, С3, С4, С5, С6, С7, С8 และ С9 อยู่ในช่วงความยาวคลื่น 520–540, 540–560, 560–580, 580 –600, 600–620, 620–640, 640–660, 660–680 และ 680–700 นาโนเมตร ตามลำดับ
ภาพถ่ายของเมทริกซ์ที่ผลิตขึ้นของกระจกดีคาโครมาติกจะแสดงในรูปที่ 3aM1-M9 และ BP ติดกาวกับความชัน 45 องศาและระนาบแนวนอนของส่วนรองรับอะลูมิเนียม ตามลำดับ ในขณะที่ M1 และ BP ซ่อนอยู่ที่ด้านหลังของรูป
การผลิตกระจก Decan มากมายและการสาธิต(a) อาร์เรย์ของกระจกกระจายสีที่ประดิษฐ์ขึ้น(b) ภาพแยกเก้าสีขนาด 1 มม. x 7 มม. ฉายบนแผ่นกระดาษที่วางอยู่ด้านหน้าอาร์เรย์กระจกแยกสีและมีแสงย้อนด้วยแสงสีขาว(ค) ชุดกระจกตกแต่งที่ส่องสว่างด้วยแสงสีขาวจากด้านหลัง(d) กระแสแยกเก้าสีที่เล็ดลอดออกมาจากอาร์เรย์กระจกดีเคน สังเกตได้โดยการวางกระป๋องอะคริลิกที่เต็มไปด้วยควันไว้หน้าอาร์เรย์กระจกดีเคนที่ c และทำให้ห้องมืดลง
สเปกตรัมการส่งผ่านที่วัดได้ของ M1-M9 C0 ที่มุมตกกระทบ 45° และสเปกตรัมการส่งผ่านที่วัดได้ของ BP C0 ที่มุมตกกระทบ 0° จะแสดงไว้ในรูปที่4ก.สเปกตรัมการส่งผ่านของ C1-C9 ที่สัมพันธ์กับ C0 ถูกแสดงไว้ในรูปที่4ข.สเปกตรัมเหล่านี้คำนวณจากสเปกตรัมในรูปที่4a ตามเส้นทางแสง C1-C9 ในรูปที่ 4a1b และ 2cตัวอย่างเช่น 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)] โดยที่ TS(X) และ [ 1 − TS(X)] คือสเปกตรัมการส่งผ่านและการสะท้อนของ X ตามลำดับดังแสดงในรูปที่ 4b แบนด์วิธ (แบนด์วิธ ≥50%) ของ C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 และ C9 คือ 521-540, 541-562, 563-580, 581-602, 603 -623, 624-641, 642-657, 659-680 และ 682-699 นาโนเมตรผลลัพธ์เหล่านี้สอดคล้องกับช่วงที่พัฒนาแล้วนอกจากนี้ ประสิทธิภาพการใช้แสง C0 ยังสูง กล่าวคือ การส่งผ่านแสง C1-C9 สูงสุดโดยเฉลี่ยคือ 92%
สเปกตรัมการส่งผ่านของกระจกไดโครอิกและฟลักซ์เก้าสีแบบแยก(a) สเปกตรัมการส่งผ่านที่วัดได้ของ M1-M9 ที่อุบัติการณ์ 45° และ BP ที่อุบัติการณ์ 0°( b ) สเปกตรัมการส่งผ่านของ C1 – C9 สัมพันธ์กับ C0 คำนวณจาก ( a )
บนรูปในรูปที่ 3c อาร์เรย์ของกระจกไดโครอิกจะอยู่ในแนวตั้ง เพื่อให้ด้านขวาในรูปที่ 3a อยู่ด้านบน และลำแสงสีขาวของ LED ที่เรียงกัน (C0) มีแสงย้อนอาร์เรย์ของกระจกแยกสีที่แสดงในรูปที่ 3a ติดตั้งอยู่ในอะแดปเตอร์ขนาด 54 มม. (สูง) × 58 มม. (ลึก) × 8.5 มม. (ความหนา)บนรูป3d นอกเหนือจากสถานะที่แสดงในรูปในวันที่ 3c ถังอะคริลิกที่เต็มไปด้วยควันถูกวางไว้หน้ากระจกตกแต่งหลายบาน โดยที่ไฟในห้องปิดอยู่เป็นผลให้มองเห็นกระแสไดโครอิกเก้ากระแสในถัง ซึ่งเล็ดลอดออกมาจากอาร์เรย์กระจกดีคาทรออิกสตรีมแบบแยกแต่ละอันจะมีหน้าตัดสี่เหลี่ยมที่มีขนาด 1 × 7 มม. ซึ่งสอดคล้องกับขนาดรูรับแสงของสเปกโตรมิเตอร์เก้าสีใหม่ในรูปที่ 3b แผ่นกระดาษวางอยู่ด้านหน้าอาร์เรย์ของกระจกไดโครอิกในรูปที่ 3c และภาพขนาด 1 x 7 มม. ของกระแสไดโครอิกเก้าเส้นที่ฉายลงบนกระดาษจะถูกสังเกตจากทิศทางการเคลื่อนที่ของกระดาษลำธารลำธารการแยกสีเก้าสีในรูป3b และ d คือ C4, C3, C2, C1, C5, C6, C7, C8 และ C9 จากบนลงล่าง ซึ่งสามารถเห็นได้ในรูปที่ 1 และ 2 เช่นกัน 1b และ 2cพวกมันถูกสังเกตด้วยสีที่สอดคล้องกับความยาวคลื่นของมันเนื่องจากความเข้มแสงสีขาวต่ำของ LED (ดูรูปเพิ่มเติม S3) และความไวของกล้องสีที่ใช้ในการจับ C9 (682–699 nm) ในรูปที่ กระแสการแยกอื่น ๆ นั้นอ่อนแอในทำนองเดียวกัน C9 ก็มองเห็นได้ด้วยตาเปล่าเล็กน้อยในขณะเดียวกัน C2 (กระแสที่สองจากด้านบน) มีลักษณะเป็นสีเขียวในรูปที่ 3 แต่เมื่อมองด้วยตาเปล่าจะดูเป็นสีเหลืองมากกว่า
การเปลี่ยนจากรูปที่ 3c เป็น d จะแสดงในวิดีโอเสริม 1 ทันทีที่แสงสีขาวจาก LED ผ่านอาร์เรย์มิเรอร์แบบแยกสี มันจะแยกออกเป็นเก้าสีพร้อมกันในที่สุด ควันในถังก็ค่อยๆ กระจายจากบนลงล่าง ดังนั้นผงสีทั้งเก้าก็หายไปจากบนลงล่างด้วยในทางตรงกันข้าม ในวิดีโอเสริม 2 เมื่อความยาวคลื่นของฟลักซ์แสงที่ตกกระทบบนอาร์เรย์ของกระจกดีคาโครมาติกเปลี่ยนจากยาวเป็นสั้นตามลำดับ 690, 671, 650, 632, 610, 589, 568, 550 และ 532 นาโนเมตร ., เฉพาะสตรีมแยกที่สอดคล้องกันของสตรีมแยกเก้ารายการตามลำดับ C9, C8, C7, C6, C5, C4, C3, C2 และ C1 เท่านั้นที่จะแสดงอ่างเก็บน้ำอะคริลิกถูกแทนที่ด้วยสระควอทซ์ และสามารถสังเกตสะเก็ดของการไหลแบบแบ่งแต่ละครั้งได้อย่างชัดเจนจากทิศทางที่ลาดขึ้นไปนอกจากนี้ วิดีโอย่อย 3 ยังได้รับการแก้ไขเพื่อให้เล่นซ้ำส่วนที่เปลี่ยนความยาวคลื่นของวิดีโอย่อย 2 ได้อีกด้วยนี่เป็นการแสดงออกถึงคุณลักษณะของอาร์เรย์กระจกแบบเดโคโครมาติกได้ไพเราะที่สุด
ผลลัพธ์ข้างต้นแสดงให้เห็นว่าแผงกระจกแยกส่วนที่ผลิตขึ้นหรือสเปกโตรมิเตอร์ 9 สีใหม่ทำงานได้ตามที่ตั้งใจไว้สเปกโตรมิเตอร์เก้าสีใหม่เกิดขึ้นจากการติดตั้งอาร์เรย์ของกระจกแยกสีพร้อมอะแดปเตอร์เข้ากับบอร์ดเซ็นเซอร์ภาพโดยตรง
ฟลักซ์ส่องสว่างที่มีช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่ 400 ถึง 750 นาโนเมตร ปล่อยออกมาจากจุดการแผ่รังสีสี่จุด φ50 μm ซึ่งอยู่ที่ช่วง 1 มม. ในทิศทางตั้งฉากกับระนาบของรูปที่ 2c ตามลำดับ วิจัย 31, 34 อาเรย์สี่เลนส์ประกอบด้วย เลนส์สี่ตัว φ1 มม. ที่มีความยาวโฟกัส 1.4 มม. และระยะพิทช์ 1 มม.กระแสคอลลิเมตสี่สาย (สี่ C0) ตกกระทบบน DP ของสเปกโตรมิเตอร์เก้าสีใหม่ โดยเว้นระยะห่างทุกๆ 1 มม.อาเรย์ของกระจกไดโครอิกจะแบ่งแต่ละสตรีม (C0) ออกเป็นสตรีมสีเก้าสี (C1-C9)จากนั้นผลลัพธ์ 36 สตรีม (C1-C9 สี่ชุด) จะถูกฉีดโดยตรงไปยังเซนเซอร์ภาพ CMOS (S) ที่เชื่อมต่อโดยตรงกับอาร์เรย์ของกระจกไดโครอิกด้วยเหตุนี้ ดังที่แสดงในรูปที่ 5a เนื่องจากความแตกต่างของเส้นทางแสงสูงสุดเล็กน้อยและเส้นทางแสงสูงสุดที่สั้น ภาพของสตรีมทั้ง 36 รายการจึงถูกตรวจพบพร้อมกันและชัดเจนในขนาดเดียวกันจากสเปกตรัมดาวน์สตรีม (ดูรูปที่ S4 เพิ่มเติม) ความเข้มของภาพของสี่กลุ่ม C1, C2 และ C3 ค่อนข้างต่ำภาพสามสิบหกภาพมีขนาด 0.57 ± 0.05 มม. (เฉลี่ย ± SD)ดังนั้น กำลังขยายภาพเฉลี่ย 11.4ระยะห่างแนวตั้งระหว่างภาพเฉลี่ย 1 มม. (ระยะห่างเดียวกันกับอาร์เรย์เลนส์) และระยะห่างแนวนอนเฉลี่ย 1.6 มม. (ระยะห่างเดียวกันกับอาร์เรย์มิเรอร์ไดโครอิก)เนื่องจากขนาดภาพเล็กกว่าระยะห่างระหว่างภาพมาก แต่ละภาพจึงสามารถวัดแยกกันได้ (มีครอสทอล์คต่ำ)ในขณะเดียวกัน รูปภาพของสตรีมยี่สิบแปดรายการที่บันทึกโดยสเปกโตรมิเตอร์เจ็ดสีธรรมดาที่ใช้ในการศึกษาก่อนหน้าของเราจะแสดงในรูปที่ 5 B อาร์เรย์ของกระจกไดโครอิกเจ็ดตัวถูกสร้างขึ้นโดยการเอากระจกไดโครอิกขวาสุดสองตัวออกจากอาร์เรย์ของไดโครอิกเก้าตัว กระจกเงาในรูปที่ 1aภาพบางภาพอาจไม่คมชัด ขนาดภาพจะเพิ่มจาก C1 เป็น C7ภาพที่ยี่สิบแปดมีขนาด 0.70 ± 0.19 มม.ดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากที่จะรักษาความละเอียดของภาพให้สูงในทุกภาพค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลง (CV) สำหรับขนาดภาพ 28 ในรูปที่ 5b คือ 28% ในขณะที่ CV สำหรับขนาดภาพ 36 ในรูปที่ 5a ลดลงเหลือ 9%ผลลัพธ์ข้างต้นแสดงให้เห็นว่าสเปกโตรมิเตอร์ 9 สีใหม่ไม่เพียงแต่เพิ่มจำนวนสีที่วัดได้พร้อมกันจาก 7 สีเป็น 9 สีเท่านั้น แต่ยังมีความละเอียดของภาพสูงสำหรับแต่ละสีอีกด้วย
การเปรียบเทียบคุณภาพของภาพแยกที่เกิดจากสเปกโตรมิเตอร์แบบธรรมดาและแบบใหม่(a) ภาพที่แยกเก้าสีสี่กลุ่ม (C1-C9) สร้างขึ้นโดยสเปกโตรมิเตอร์เก้าสีใหม่(b) ภาพแยกเจ็ดสีสี่ชุด (C1-C7) เกิดขึ้นจากสเปกโตรมิเตอร์เจ็ดสีแบบธรรมดาฟลักซ์ (C0) ที่มีความยาวคลื่นตั้งแต่ 400 ถึง 750 นาโนเมตรจากจุดปล่อยก๊าซสี่จุดจะถูกเปรียบเทียบและตกกระทบบนสเปกโตรมิเตอร์แต่ละตัวตามลำดับ
ลักษณะสเปกตรัมของสเปกโตรมิเตอร์เก้าสีได้รับการประเมินเชิงทดลองและผลการประเมินจะแสดงในรูปที่ 6 โปรดทราบว่ารูปที่ 6a แสดงผลลัพธ์เหมือนกับรูปที่ 5a กล่าวคือ ที่ความยาวคลื่น 4 C0 400–750 นาโนเมตร ตรวจพบภาพทั้งหมด 36 ภาพ (4 กลุ่ม C1–C9)ในทางตรงกันข้าม ดังแสดงในรูปที่ 6b–j เมื่อแต่ละ C0 มีความยาวคลื่นเฉพาะที่ 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670 หรือ 690 nm จะมีรูปภาพที่เกี่ยวข้องกันเกือบสี่ภาพเท่านั้น (สี่ภาพ กลุ่มที่ตรวจพบ C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 หรือ C9)อย่างไรก็ตาม ภาพบางภาพที่อยู่ติดกับภาพทั้งสี่ภาพนั้นถูกตรวจพบได้น้อยมาก เนื่องจากสเปกตรัมการส่งผ่าน C1 – C9 ที่แสดงในรูปที่ 4b ทับซ้อนกันเล็กน้อย และ C0 แต่ละภาพมีแถบความถี่ 10 นาโนเมตรที่ความยาวคลื่นเฉพาะตามที่อธิบายไว้ในวิธีการผลลัพธ์เหล่านี้สอดคล้องกับสเปกตรัมการส่งผ่าน C1-C9 ที่แสดงไว้ในรูปที่4b และวิดีโอเสริม 2 และ 3 กล่าวอีกนัยหนึ่ง สเปกโตรมิเตอร์สีทั้ง 9 สีทำงานตามที่คาดไว้โดยอิงตามผลลัพธ์ที่แสดงในรูปที่ 44ข.ดังนั้นจึงสรุปได้ว่าการกระจายความเข้มของภาพ C1-C9 นั้นเป็นสเปกตรัมของ C0 แต่ละตัว
ลักษณะสเปกตรัมของสเปกโตรมิเตอร์เก้าสีสเปกโตรมิเตอร์เก้าสีใหม่จะสร้างภาพแยกเก้าสีสี่ชุด (C1-C9) เมื่อแสงตกกระทบ (สี่ C0) มีความยาวคลื่น (a) 400-750 นาโนเมตร (ดังแสดงในรูปที่ 5a), (b) 530 นาโนเมตรนาโนเมตร (c) 550 นาโนเมตร (ง) 570 นาโนเมตร (e) 590 นาโนเมตร (f) 610 นาโนเมตร (g) 630 นาโนเมตร (ซ) 650 นาโนเมตร (i) 670 นาโนเมตร (j) 690 นาโนเมตร ตามลำดับ
สเปกโตรมิเตอร์เก้าสีที่พัฒนาขึ้นนั้นใช้สำหรับอิเล็กโตรโฟรีซิสสี่เส้นเลือดฝอย (สำหรับรายละเอียดดูวัสดุเสริม)เมทริกซ์สี่แคปิลลารีประกอบด้วยเส้นเลือดฝอยสี่อัน (เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 360 ไมโครเมตร และเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 50 ไมโครเมตร) ซึ่งอยู่ที่ระยะห่าง 1 มม. ที่บริเวณการฉายรังสีด้วยเลเซอร์ตัวอย่างที่มีชิ้นส่วน DNA ที่มีป้ายกำกับด้วยสีย้อม 8 สี ได้แก่ FL-6C (สีย้อม 1), JOE-6C (สีย้อม 2), dR6G (สีย้อม 3), TMR-6C (สีย้อม 4), CXR-6C (สีย้อม 5), TOM- 6C (สีย้อม 6), LIZ (สีย้อม 7) และ WEN (สีย้อม 8) ตามลำดับจากน้อยไปมากของความยาวคลื่นฟลูออเรสเซนต์ ซึ่งแยกออกจากกันในแต่ละเส้นเลือดฝอยสี่เส้น (ต่อไปนี้จะเรียกว่า Cap1, Cap2, Cap3 และ Cap4)แสงเรืองแสงที่เกิดจากเลเซอร์จาก Cap1-Cap4 ได้รับการเทียบเคียงกับอาร์เรย์ของเลนส์สี่ตัวและบันทึกพร้อมกันด้วยสเปกโตรมิเตอร์เก้าสีพลวัตของความเข้มของการเรืองแสงเก้าสี (C1-C9) ในระหว่างอิเล็กโตรโฟเรซิส ซึ่งก็คืออิเล็กโทรโฟเรแกรมเก้าสีของแต่ละเส้นเลือดฝอย แสดงในรูปที่ 7aได้รับอิเล็กโทรโฟเรแกรมเก้าสีที่เทียบเท่ากันใน Cap1-Cap4ตามที่ระบุโดยลูกศร Cap1 ในรูปที่ 7a ยอดแปดยอดในแต่ละอิเล็กโตรโฟแกรมเก้าสีแสดงการปล่อยแสงฟลูออเรสเซนซ์หนึ่งครั้งจาก Dye1-Dye8 ตามลำดับ
การหาปริมาณสีย้อมแปดสีพร้อมกันโดยใช้สเปกโตรมิเตอร์อิเล็กโทรโฟเรซิสสี่แคปปิลารีเก้าสี( a ) อิเล็กโทรโฟเรแกรมเก้าสี (C1-C9) ของแต่ละเส้นเลือดฝอยยอดเขาทั้งแปดที่ระบุด้วยลูกศร Cap1 แสดงการเปล่งแสงฟลูออเรสเซนซ์ของสีย้อมแปดสี (Dye1-Dye8)สีของลูกศรสอดคล้องกับสี (b) และ (c)(b) สเปกตรัมเรืองแสงของสีย้อมแปดสี (Dye1-Dye8) ต่อเส้นเลือดฝอยc อิเล็กโทรฟีโรแกรมของสีย้อมแปดสี (Dye1-Dye8) ต่อเส้นเลือดฝอยยอดของชิ้นส่วน DNA ที่ติดฉลาก Dye7 จะถูกระบุด้วยลูกศร และความยาวฐานของ Cap4 จะถูกระบุ
การกระจายความเข้มของ C1–C9 บนจุดสูงสุดทั้งแปดจะแสดงในรูปที่7b ตามลำดับเนื่องจากทั้ง C1-C9 และ Dye1-Dye8 อยู่ในลำดับความยาวคลื่น การแจกแจงทั้งแปดในรูปที่ 7b จึงแสดงสเปกตรัมเรืองแสงของ Dye1-Dye8 ตามลำดับจากซ้ายไปขวาในการศึกษานี้ สีย้อม 1, สีย้อม 2, สีย้อม 3, สีย้อม 4, สีย้อม 5, สีย้อม 6, สีย้อม 7 และสีย้อม 8 ปรากฏเป็นสีม่วงแดง, ม่วง, น้ำเงิน, ฟ้าเขียว, เขียว, เหลือง, ส้ม และแดง ตามลำดับโปรดทราบว่าสีของลูกศรในรูปที่ 7a สอดคล้องกับสีย้อมในรูปที่ 7bความเข้มของฟลูออเรสเซนซ์ C1-C9 สำหรับแต่ละสเปกตรัมในรูปที่ 7b ได้รับการทำให้เป็นมาตรฐานเพื่อให้ผลรวมเท่ากับหนึ่งได้รับสเปกตรัมฟลูออเรสเซนซ์ที่เทียบเท่ากันแปดตัวจาก Cap1-Cap4เราสามารถสังเกตการทับซ้อนกันของสเปกตรัมของการเรืองแสงได้อย่างชัดเจนระหว่างสีย้อม 1-สีย้อม 8
ดังที่แสดงในรูปที่ 7c สำหรับแต่ละเส้นเลือดฝอย อิเล็กโตรโฟเรแกรมเก้าสีในรูปที่ 7a ถูกแปลงเป็นอิเล็กโตรฟีโรแกรมสีย้อมแปดสีโดยการวิเคราะห์หลายองค์ประกอบโดยอิงจากสเปกตรัมฟลูออเรสเซนซ์แปดสีในรูปที่ 7b (ดูวัสดุเสริมสำหรับรายละเอียด)เนื่องจากการทับซ้อนทางสเปกตรัมของการเรืองแสงในรูปที่ 7a ไม่แสดงในรูปที่ 7c จึงสามารถระบุและวัดปริมาณ Dye1-Dye8 ทีละรายการในแต่ละจุดเวลาได้ แม้ว่าปริมาณฟลูออเรสเซนต์ Dye1-Dye8 ในปริมาณที่แตกต่างกันในเวลาเดียวกันก็ตามสิ่งนี้ไม่สามารถทำได้ด้วยการตรวจจับเจ็ดสีแบบดั้งเดิม แต่สามารถทำได้ด้วยการตรวจจับเก้าสีที่พัฒนาขึ้นดังที่แสดงโดยลูกศร Cap1 ในรูปที่ 7c มีเพียงเสื้อกล้ามปล่อยแสงฟลูออเรสเซนต์ Dye3 (สีน้ำเงิน), Dye8 (สีแดง), Dye5 (สีเขียว), Dye4 (สีฟ้า), Dye2 (สีม่วง), Dye1 (สีม่วงแดง) และ Dye6 (สีเหลือง) ) จะถูกสังเกตตามลำดับเวลาที่คาดหวังสำหรับการเปล่งแสงฟลูออเรสเซนต์ของสีย้อม 7 (สีส้ม) นอกเหนือจากพีคเดี่ยวที่ระบุด้วยลูกศรสีส้มแล้ว ยังสังเกตเห็นพีคเดี่ยวอื่นๆ อีกหลายๆ พีคอีกด้วยผลลัพธ์นี้เกิดจากการที่ตัวอย่างมีขนาดมาตรฐาน Dye7 ติดป้ายกำกับว่าชิ้นส่วน DNA ที่มีความยาวฐานต่างกันดังแสดงในรูปที่ 7c สำหรับ Cap4 ความยาวฐานเหล่านี้คือ 20, 40, 60, 80, 100, 114, 120, 140, 160, 180, 200, 214 และ 220 ความยาวฐาน
คุณสมบัติหลักของสเปกโตรมิเตอร์ 9 สีที่พัฒนาโดยใช้เมทริกซ์ของกระจกไดโครอิก 2 ชั้น คือขนาดที่เล็กและการออกแบบที่เรียบง่ายเนื่องจากอาร์เรย์ของกระจกแยกสีภายในอะแดปเตอร์ที่แสดงในรูปที่ 13c ติดตั้งโดยตรงบนบอร์ดเซนเซอร์ภาพ (ดูรูปที่ S1 และ S2) สเปกโตรมิเตอร์เก้าสีมีขนาดเดียวกับอะแดปเตอร์ เช่น 54 × 58 × 8.5 มม.(ความหนา) .ขนาดเล็กพิเศษนี้มีขนาดเล็กกว่าสเปกโตรมิเตอร์ทั่วไปที่ใช้ตะแกรงหรือปริซึมสองถึงสามลำดับนอกจากนี้ เนื่องจากมีการกำหนดค่าสเปกโตรมิเตอร์เก้าสีเพื่อให้แสงตกกระทบพื้นผิวของเซนเซอร์ภาพในแนวตั้งฉาก จึงสามารถจัดสรรพื้นที่สำหรับสเปกโตรมิเตอร์เก้าสีในระบบต่างๆ เช่น กล้องจุลทรรศน์ โฟลไซโตมิเตอร์ หรือเครื่องวิเคราะห์ได้อย่างง่ายดายเครื่องวิเคราะห์อิเล็กโตรโฟรีซิสแบบ Capillary grating เพื่อการย่อขนาดของระบบให้เล็กยิ่งขึ้นในเวลาเดียวกัน ขนาดของกระจกไดโครอิกและฟิลเตอร์แบนด์พาสจำนวน 10 ชิ้นที่ใช้ในสเปกโตรมิเตอร์เก้าสีคือเพียง 10×1.9×0.5 มม. หรือ 15×1.9×0.5 มม.ดังนั้น สามารถตัดกระจกไดโครอิกขนาดเล็กและตัวกรองแบนด์พาสดังกล่าวมากกว่า 100 ตัวตามลำดับได้จากกระจกไดโครอิกและตัวกรองแบนด์พาสขนาด 60 มม.2 ตามลำดับดังนั้นจึงสามารถผลิตอาร์เรย์กระจกดีคาโครมาติกได้โดยใช้ต้นทุนที่ต่ำ
คุณลักษณะอีกประการหนึ่งของสเปกโตรมิเตอร์แบบเก้าสีก็คือคุณลักษณะทางสเปกตรัมที่ยอดเยี่ยมโดยเฉพาะอย่างยิ่ง ช่วยให้สามารถรับภาพสเปกตรัมของสแน็ปช็อต นั่นคือการรับภาพพร้อมข้อมูลสเปกตรัมพร้อมกันสำหรับแต่ละภาพ จะได้สเปกตรัมต่อเนื่องที่ช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่ 520 ถึง 700 นาโนเมตร และความละเอียด 20 นาโนเมตรกล่าวอีกนัยหนึ่ง แต่ละภาพตรวจพบความเข้มของแสงเก้าสี กล่าวคือ แถบขนาด 20 นาโนเมตรเก้าแถบแบ่งช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่ 520 ถึง 700 นาโนเมตรเท่าๆ กันโดยการเปลี่ยนลักษณะสเปกตรัมของกระจกไดโครอิกและฟิลเตอร์แบนด์พาส ทำให้สามารถปรับช่วงความยาวคลื่นของเก้าแถบและความกว้างของแต่ละแถบได้การตรวจจับเก้าสีสามารถใช้ได้ไม่เพียงแต่สำหรับการวัดแสงฟลูออเรสเซนซ์ด้วยการถ่ายภาพสเปกตรัม (ดังที่อธิบายไว้ในรายงานนี้) แต่ยังสำหรับการใช้งานทั่วไปอื่นๆ อีกมากมายที่ใช้การถ่ายภาพสเปกตรัมอีกด้วยแม้ว่าการถ่ายภาพไฮเปอร์สเปกตรัมสามารถตรวจจับสีได้หลายร้อยสี แต่ก็พบว่าแม้จะมีการลดจำนวนสีที่ตรวจจับได้ลงอย่างมาก แต่วัตถุหลายชิ้นในขอบเขตการมองเห็นก็สามารถระบุได้อย่างแม่นยำเพียงพอสำหรับการใช้งานจำนวนมาก38,39,40เนื่องจากความละเอียดเชิงพื้นที่ ความละเอียดเชิงสเปกตรัม และความละเอียดเชิงเวลามีข้อดีในการถ่ายภาพสเปกตรัม การลดจำนวนสีจึงสามารถปรับปรุงความละเอียดเชิงพื้นที่และความละเอียดเชิงเวลาได้นอกจากนี้ยังสามารถใช้สเปกโตรมิเตอร์แบบง่ายๆ เช่นเดียวกับที่พัฒนาขึ้นในการศึกษานี้ และลดปริมาณการคำนวณอีกด้วย
ในการศึกษานี้ สีย้อมแปดสีถูกหาปริมาณพร้อมกันโดยการแยกสเปกตรัมของสเปกตรัมเรืองแสงที่ทับซ้อนกัน โดยอาศัยการตรวจจับสีเก้าสีสามารถวัดปริมาณสีย้อมได้ถึงเก้าสีพร้อมกัน ซึ่งอยู่ร่วมกันในเวลาและสถานที่ข้อได้เปรียบพิเศษของสเปกโตรมิเตอร์เก้าสีคือฟลักซ์ส่องสว่างสูงและรูรับแสงขนาดใหญ่ (1 × 7 มม.)แผงกระจก Decane มีการส่งผ่านแสงสูงสุด 92% จากรูรับแสงในแต่ละช่วงความยาวคลื่นทั้งเก้าช่วงประสิทธิภาพการใช้แสงตกกระทบในช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่ 520 ถึง 700 นาโนเมตร เกือบ 100%ในช่วงความยาวคลื่นที่กว้างเช่นนี้ ไม่มีตะแกรงเลี้ยวเบนใดที่จะให้ประสิทธิภาพการใช้งานที่สูงเช่นนี้ได้แม้ว่าประสิทธิภาพการเลี้ยวเบนของเกรตติ้งการเลี้ยวเบนจะเกิน 90% ที่ความยาวคลื่นหนึ่ง เนื่องจากความแตกต่างระหว่างความยาวคลื่นนั้นกับความยาวคลื่นเฉพาะเพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพการเลี้ยวเบนที่ความยาวคลื่นอื่นจะลดลง41ความกว้างของรูรับแสงที่ตั้งฉากกับทิศทางของระนาบในรูปที่ 2c สามารถขยายจาก 7 มม. เป็นความกว้างของเซนเซอร์ภาพ เช่น ในกรณีของเซนเซอร์ภาพที่ใช้ในการศึกษานี้ โดยการปรับเปลี่ยนอาร์เรย์เดคาเมอร์เล็กน้อย
สเปกโตรมิเตอร์เก้าสีสามารถใช้ได้ไม่เพียงแต่สำหรับอิเล็กโตรโฟรีซิสของเส้นเลือดฝอยดังที่แสดงในการศึกษานี้ แต่ยังเพื่อวัตถุประสงค์อื่นๆ อีกด้วยตัวอย่างเช่น ดังแสดงในรูปด้านล่าง สามารถใช้สเปกโตรมิเตอร์เก้าสีกับกล้องจุลทรรศน์เรืองแสงได้ระนาบของตัวอย่างจะแสดงบนเซ็นเซอร์ภาพของสเปกโตรมิเตอร์เก้าสีผ่านวัตถุประสงค์ 10xระยะห่างของแสงระหว่างเลนส์ใกล้วัตถุและเซนเซอร์ภาพคือ 200 มม. ในขณะที่ระยะห่างของแสงระหว่างพื้นผิวตกกระทบของสเปกโตรมิเตอร์เก้าสีและเซนเซอร์ภาพอยู่ที่เพียง 12 มม.ดังนั้น ภาพจึงถูกตัดให้มีขนาดประมาณรูรับแสง (1 × 7 มม.) ในระนาบตกกระทบ และแบ่งออกเป็นภาพสีเก้าภาพกล่าวคือ ภาพสเปกตรัมของสแน็ปช็อตเก้าสีสามารถถ่ายได้ในพื้นที่ 0.1×0.7 มม. ในระนาบตัวอย่างนอกจากนี้ ยังเป็นไปได้ที่จะได้ภาพสเปกตรัมเก้าสีของพื้นที่ขนาดใหญ่บนระนาบตัวอย่างโดยการสแกนตัวอย่างที่สัมพันธ์กับวัตถุประสงค์ในทิศทางแนวนอนในรูปที่ 2c
ส่วนประกอบอาเรย์มิเรอร์แบบแยกสี ได้แก่ M1-M9 และ BP ได้รับการสั่งทำพิเศษโดย Asahi Spectra Co., Ltd. โดยใช้วิธีตกตะกอนมาตรฐานวัสดุอิเล็กทริกหลายชั้นถูกนำไปใช้แยกกันบนแผ่นควอตซ์ขนาด 60 × 60 มม. และความหนา 0.5 มม. สิบแผ่น โดยเป็นไปตามข้อกำหนดต่อไปนี้: M1: IA = 45°, R ≥ 90% ที่ 520–590 นาโนเมตร, Tave ≥ 90% ที่ 610– 610 นาโนเมตร700 nm, M2: IA = 45°, R ≥ 90% ที่ 520–530 nm, Tave ≥ 90% ที่ 550–600 nm, M3: IA = 45°, R ≥ 90% ที่ 540–550 nm, Tave ≥ 90 % ที่ 570–600 nm, M4: IA = 45°, R ≥ 90% ที่ 560–570 nm, Tave ≥ 90% ที่ 590–600 nm, M5: IA = 45°, R ≥ 98% ที่ 580–600 nm , R ≥ 98% ที่ 680–700 nm, M6: IA = 45°, Tave ≥ 90% ที่ 600–610 nm, R ≥ 90% ที่ 630–700 nm, M7: IA = 45°, R ≥ 90% ที่ 620–630 nm, Taw ≥ 90% ที่ 650–700 nm, M8: IA = 45°, R ≥ 90% ที่ 640–650 nm, Taw ≥ 90% ที่ 670–700 nm, M9: IA = 45°, R ≥ 90% ที่ 650-670 nm, Tave ≥ 90% ที่ 690-700 nm, BP: IA = 0°, T ≤ 0.01% ที่ 505 nm, Tave ≥ 95% ที่ 530-690 nm ที่ 530 nm T ≥ 90% ที่ -690 นาโนเมตร และ T ≤ 1% ที่ 725-750 นาโนเมตร โดยที่ IA, T, Tave และ R คือมุมตกกระทบ การส่งผ่าน การส่งผ่านแสงเฉลี่ย และการสะท้อนแสงแบบไม่มีโพลาไรซ์
แสงสีขาว (C0) ที่มีช่วงความยาวคลื่น 400–750 นาโนเมตรที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดแสง LED (AS 3000, AS ONE CORPORATION) ได้รับการปรับเทียบและตกกระทบในแนวตั้งบน DP ของอาร์เรย์ของกระจกไดโครอิกสเปกตรัมแสงสีขาวของ LED แสดงในรูปที่ S3 เพิ่มเติมวางถังอะคริลิก (ขนาด 150 × 150 × 30 มม.) ไว้ด้านหน้าอาร์เรย์กระจก decamera ตรงข้ามกับ PSUควันที่เกิดขึ้นเมื่อน้ำแข็งแห้งแช่อยู่ในน้ำ จากนั้นเทลงในถังอะคริลิกเพื่อสังเกตสายน้ำแยก C1-C9 เก้าสีที่เล็ดลอดออกมาจากอาร์เรย์ของกระจกแยกสี
อีกทางหนึ่ง แสงสีขาวคอลลิเมต (C0) จะถูกส่งผ่านตัวกรองก่อนเข้าสู่ DPตัวกรองเดิมเป็นตัวกรองความหนาแน่นเป็นกลางโดยมีความหนาแน่นของแสงอยู่ที่ 0.6จากนั้นใช้ตัวกรองแบบมอเตอร์ (FW212C, FW212C, Thorlabs)สุดท้ายให้เปิดฟิลเตอร์ ND อีกครั้งแบนด์วิธของตัวกรองแบนด์พาสทั้งเก้านั้นสอดคล้องกับ C9, C8, C7, C6, C5, C4, C3, C2 และ C1 ตามลำดับเซลล์ควอตซ์ที่มีขนาดภายใน 40 (ความยาวแสง) x 42.5 (สูง) x 10 มม. (กว้าง) ถูกวางไว้ด้านหน้าอาร์เรย์ของกระจกตกแต่งสี ตรงข้ามกับ BPจากนั้นควันจะถูกส่งผ่านท่อเข้าไปในเซลล์ควอตซ์เพื่อรักษาความเข้มข้นของควันในเซลล์ควอตซ์เพื่อให้เห็นภาพกระแสแยก C1-C9 เก้าสีที่เล็ดลอดออกมาจากอาร์เรย์กระจกแยกสี
วิดีโอสตรีมแสงแยกเก้าสีที่เล็ดลอดออกมาจากอาร์เรย์กระจก Decanic ถ่ายในโหมดไทม์แลปส์บน iPhone XSจับภาพฉากที่ 1 fps และรวบรวมภาพเพื่อสร้างวิดีโอที่ 30 fps (สำหรับวิดีโอเสริม 1) หรือ 24 fps (สำหรับวิดีโอเสริม 2 และ 3)
วางแผ่นเหล็กสเตนเลสหนา 50 µm (โดยมีรูขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 50 µm สี่รูที่ระยะห่าง 1 มม.) บนแผ่นกระจายแสงที่มีความยาวคลื่น 400-750 นาโนเมตรจะถูกฉายรังสีบนแผ่นดิฟฟิวเซอร์ ซึ่งได้มาจากการส่งแสงจากหลอดฮาโลเจนผ่านตัวกรองการส่งผ่านแบบสั้นที่มีความยาวคลื่นคัตออฟ 700 นาโนเมตรสเปกตรัมแสงแสดงในรูปที่ S4 เพิ่มเติมอีกทางหนึ่ง แสงยังส่องผ่านฟิลเตอร์แบนด์พาสขนาด 10 นาโนเมตรซึ่งมีศูนย์กลางอยู่ที่ 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670 และ 690 นาโนเมตร และกระทบกับแผ่นดิฟฟิวเซอร์เป็นผลให้จุดการแผ่รังสีสี่จุดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง φ50 μm และความยาวคลื่นที่แตกต่างกันถูกสร้างขึ้นบนแผ่นสแตนเลสที่อยู่ตรงข้ามกับแผ่นดิฟฟิวเซอร์
อาเรย์สี่แคปิลลารีที่มีเลนส์สี่ตัวติดตั้งอยู่บนสเปกโตรมิเตอร์เก้าสีดังแสดงในรูปที่ 1 และ 2 C1 และ C2เส้นเลือดฝอยทั้งสี่และเลนส์ทั้งสี่นั้นเหมือนกับการศึกษาก่อนหน้า 31,34ลำแสงเลเซอร์ที่มีความยาวคลื่น 505 นาโนเมตรและกำลัง 15 mW จะถูกฉายรังสีพร้อมกันและสม่ำเสมอจากด้านข้างไปยังจุดปล่อยก๊าซของเส้นเลือดฝอยสี่เส้นแสงฟลูออเรสเซนซ์ที่ปล่อยออกมาจากจุดเปล่งแสงแต่ละจุดจะถูกปรับให้สอดคล้องกันด้วยเลนส์ที่เกี่ยวข้อง และแยกออกเป็นสตรีมสีเก้าสีโดยอาร์เรย์ของกระจกแยกสีจากนั้นสตรีมผลลัพธ์ 36 รายการจะถูกฉีดเข้าไปในเซนเซอร์ภาพ CMOS โดยตรง (C11440–52U, Hamamatsu Photonics K·K.) และภาพเหล่านั้นก็ถูกบันทึกพร้อมกัน
ABI PRISM® BigDye® Primer Cycle Sequencing Ready Reaction Kit (Applied Biosystems), สีย้อม GeneScan™ 600 LIZ™ 4 µl ถูกผสมสำหรับแต่ละเส้นเลือดฝอยโดยการผสม PowerPlex® 6C Matrix Standard 1 µl (Promega Corporation), ขนาดผสมมาตรฐาน 1 µlv2.0 (Thermo Fisher Scientific) และน้ำ 14 µlPowerPlex® 6C Matrix Standard ประกอบด้วยชิ้นส่วน DNA 6 ชิ้นที่มีป้ายกำกับด้วยสีย้อม 6 สี ได้แก่ FL-6C, JOE-6C, TMR-6C, CXR-6C, TOM-6C และ WEN ตามลำดับความยาวคลื่นสูงสุดความยาวฐานของชิ้นส่วน DNA เหล่านี้ไม่ได้รับการเปิดเผย แต่ทราบลำดับความยาวฐานของชิ้นส่วน DNA ที่มีป้ายกำกับด้วย WEN, CXR-6C, TMR-6C, JOE-6C, FL-6C และ TOM-6Cส่วนผสมในชุด ABI PRISM® BigDye® Primer Cycle Sequencing Ready Reaction Kit ประกอบด้วยชิ้นส่วน DNA ที่ติดฉลากด้วยสีย้อม dR6Gความยาวของฐานของชิ้นส่วน DNA ก็ไม่เปิดเผยเช่นกันGeneScan™ 600 LIZ™ Dye Size Standard v2.0 ประกอบด้วยชิ้นส่วน DNA ที่ติดฉลาก LIZ 36 ชิ้นความยาวฐานของชิ้นส่วน DNA เหล่านี้คือ 20, 40, 60, 80, 100, 114, 120, 140, 160, 180, 200, 214, 220, 240, 250, 260, 280, 300, 314, 320, 340, ฐาน 360, 380, 400, 414, 420, 440, 460, 480, 500, 514, 520, 540, 560, 580 และ 600ตัวอย่างถูกทำให้เสียสภาพที่ 94°C เป็นเวลา 3 นาที จากนั้นทำให้เย็นบนน้ำแข็งเป็นเวลา 5 นาทีตัวอย่างถูกฉีดเข้าไปในแต่ละเส้นเลือดฝอยที่ 26 โวลต์/ซม. เป็นเวลา 9 วินาที และแยกออกจากกันในแต่ละเส้นเลือดฝอยที่เติมด้วยสารละลายโพลีเมอร์ POP-7™ (Thermo Fisher Scientific) ที่มีความยาวประสิทธิผล 36 ซม. และแรงดันไฟฟ้า 181 V/ซม. และ มุม 60°จาก.
ข้อมูลทั้งหมดที่ได้รับหรือวิเคราะห์ในระหว่างการศึกษานี้จะรวมอยู่ในบทความที่ตีพิมพ์นี้และข้อมูลเพิ่มเติมข้อมูลอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับการศึกษานี้มีให้จากผู้เขียนที่เกี่ยวข้องตามคำขอที่สมเหตุสมผล
Khan, MJ, Khan, HS, Yousaf, A., Khershid, K. และ Abbas, A. แนวโน้มปัจจุบันในการวิเคราะห์ภาพไฮเปอร์สเปกตรัม: บทวิจารณ์เข้าถึง IEEE 6, 14118–14129https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2812999 (2018)
วอห์น, AH สเปกโตรสโคปี Fabry-Perot แบบอินเทอร์เฟอโรเมตริกทางดาราศาสตร์ติดตั้ง.สาธุคุณแอสตรอนฟิสิกส์ดาราศาสตร์5, 139-167.https://doi.org/10.1146/annurev.aa.05.090167.001035 (1967)
Goetz, AFH, Wein, G., Solomon, JE และ Rock, BN Spectroscopy ของภาพการสำรวจระยะไกลของโลกวิทยาศาสตร์ 228, 1147–1153https://doi.org/10.1126/science.228.4704.1147 (1985)
Yokoya, N. , Grohnfeldt, C. , และ Chanussot, J. Fusion ของข้อมูลไฮเปอร์สเปกตรัมและหลายสเปกตรัม: การทบทวนเปรียบเทียบสิ่งพิมพ์ล่าสุดวิทยาศาสตร์โลก IEEEวารสารการสำรวจระยะไกล5:29–56.https://doi.org/10.1109/MGRS.2016.2637824 (2017)
Gowen, AA, O'Donnell, SP, Cullen, PJ, Downey, G. และ Frias, การถ่ายภาพ JM Hyperspectral เป็นเครื่องมือวิเคราะห์ใหม่สำหรับการควบคุมคุณภาพและความปลอดภัยของอาหารแนวโน้มด้านวิทยาศาสตร์การอาหารเทคโนโลยี.18, 590-598.https://doi.org/10.1016/j.tifs.2007.06.001 (2007)
ElMasri, G. , Mandour, N. , Al-Rejaye, S. , Belin, E. และ Rousseau, D. การใช้งานล่าสุดของการถ่ายภาพหลายสเปกตรัมสำหรับการตรวจสอบฟีโนไทป์และคุณภาพของเมล็ด - บทวิจารณ์เซ็นเซอร์ 19, 1090 (2019)
Liang, H. ความก้าวหน้าในการถ่ายภาพหลายสเปกตรัมและไฮเปอร์สเปกตรัมเพื่อการอนุรักษ์โบราณคดีและศิลปะสมัครหมายเลข 106, 309–323https://doi.org/10.1007/s00339-011-6689-1 (2012)
Edelman GJ, Gaston E., van Leeuwen TG, Cullen PJ และ Alders MKG Hyperspectral การถ่ายภาพสำหรับการวิเคราะห์แบบไม่สัมผัสของร่องรอยทางนิติวิทยาศาสตร์อาชญากร.ภายใน 223, 28-39.https://doi.org/10.1016/j.forsciint.2012.09.012 (2012)