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Mar 24, 2023

Ein Ultra

Wissenschaftliche Berichte Band 12,

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 16518 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Details zu den Metriken

Ein ultrakleines (54 × 58 × 8,5 mm) und großes Neunfarbenspektrometer (1 × 7 mm) mit einer Anordnung von zehn dichroitischen Spiegeln, die als zwei Schichten „zweigeteilt“ sind, wurde entwickelt und für die Schnappschuss-Spektralbildgebung verwendet. Einfallender Lichtstrom mit einem Querschnitt, der kleiner als die Aperturgröße ist, wird in neun Farbflüsse mit 20 nm breiten zusammenhängenden Wellenlängenbändern und zentralen Wellenlängen von 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670 und 690 aufgeteilt nm. Bilder der neun Farbflüsse werden gleichzeitig und effizient von einem Bildsensor gemessen. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Array aus dichroitischen Spiegeln verfügt das entwickelte Array aus dichroitischen Spiegeln über eine einzigartige zweigeteilte Konfiguration, die nicht nur die Anzahl der Farben erhöht, die gleichzeitig gemessen werden können, sondern auch die Bildauflösung jedes Farbflusses verbessert. Das entwickelte Neunfarbenspektrometer wurde für die Vier-Kapillar-Array-Elektrophorese verwendet. Acht gleichzeitig in jeder Kapillare wandernde Farbstoffe wurden gleichzeitig durch laserinduzierte Fluoreszenzdetektion mit neun Farben quantifiziert. Da das Neunfarben-Spektrometer nicht nur extrem klein und kostengünstig ist, sondern auch über einen hohen Lichtdurchsatz und eine ausreichende spektrale Auflösung für die meisten Spektralbildgebungsanwendungen verfügt, hat es das Potenzial, in verschiedenen Bereichen weit verbreitet eingesetzt zu werden.

Hyper- und multispektrale Bildgebung sind zu unverzichtbaren Technologien in Bereichen1 wie der Astronomie2, der Erdbeobachtungsfernerkundung3,4, der Lebensmittel- und Wasserqualitätskontrolle5,6, der Kunstkonservierung und Archäologie7, der forensischen Medizin8, der Chirurgie9 sowie der biomedizinischen Untersuchung und Diagnose10,11 geworden ,12,13. Methoden zur Messung des Spektrums des von jedem Emissionspunkt im Sichtfeld emittierten Lichts werden in (1) Punktscannen („Schneebesen“)14,15 und (2) Linienscannen („Schubbesen“)16 kategorisiert ,17,18, (3) Wellenlängenscan19,20,21 und (4) Schnappschuss22,23,24,25. Bei all diesen Methoden besteht zwischen räumlicher Auflösung, spektraler Auflösung und zeitlicher Auflösung ein Kompromissverhältnis9,10,12,26. Darüber hinaus hat der Lichtdurchsatz einen erheblichen Einfluss auf die Empfindlichkeit, nämlich das Signal-Rausch-Verhältnis bei der Spektralbildgebung26. Der Lichtdurchsatz, also die Lichtausnutzungseffizienz, ist proportional zum Verhältnis der tatsächlich gemessenen Lichtmenge zur Gesamtlichtmenge im zu messenden Wellenlängenband, die von jedem Emissionspunkt pro Zeiteinheit emittiert wird. Wenn sich die Intensität oder das Spektrum des von jedem Emissionspunkt emittierten Lichts im Laufe der Zeit ändert oder wenn sich die Position jedes Emissionspunkts im Laufe der Zeit ändert, ist Kategorie (4) die geeignete Methode, da die Spektren des von allen Emissionspunkten emittierten Lichts gemessen werden gleichzeitig24.

Die meisten der oben genannten Methoden werden mit großen, komplizierten und/oder teuren Spektrometern kombiniert, die Gitter18 oder Prismen14,16,22,23 für die Kategorien (1), (2) und (4) oder Filterräder20,21 für Flüssigkeiten verwenden –kristallabstimmbare Filter (LCTF)25 oder akusto-optische abstimmbare Filter (AOTF)19 für Kategorie (3). Im Gegensatz dazu sind Spektrometer, die mehrere dichroitische Spiegel für Kategorie (4) verwenden, dank ihrer einfachen Konfiguration klein und kostengünstig27,28,29,30. Darüber hinaus verfügen sie über einen hohen Lichtdurchsatz, da beide von jedem dichroitischen Spiegel geteilten Lichtstrahlen (d. h. das durchgelassene Licht und das reflektierte Licht des einfallenden Lichts auf jedem dichroitischen Spiegel) vollständig und kontinuierlich genutzt werden. Allerdings ist die Anzahl der gleichzeitig zu messenden Wellenlängenbänder (also Farben) auf etwa vier26 begrenzt.

Die auf Fluoreszenzdetektion basierende Spektralbildgebung wird häufig für Multiplexanalysen in biomedizinischen Tests und Diagnosen verwendet10,13. Da bei der Multiplex-Analyse mehrere Arten von Analyten (z. B. spezifische DNAs oder Proteine) jeweils mit unterschiedlichen Fluoreszenzfarbstoffen markiert werden, wird die Menge jedes Analyten, die zu jedem Zeitpunkt an jedem Emissionspunkt im Sichtfeld vorhanden ist, durch Mehrkomponentenanalyse quantifiziert, d. h , Entmischung des erfassten Fluoreszenzspektrums, das von jedem Emissionspunkt zu jedem Zeitpunkt emittiert wird31,32. Dabei können sich verschiedene Farbstoffe, die jeweils unterschiedliche Fluoreszenzen aussenden, kolokalisieren, also räumlich und zeitlich koexistieren. Die derzeitige maximale Anzahl von Farbstoffen, die mit einem einzelnen Laserstrahl angeregt werden können, sodass jeder Farbstoff von den anderen unterscheidbar ist, beträgt acht33. Diese Obergrenze wird nicht durch die spektrale Auflösung (d. h. die Anzahl der Farben) bestimmt, sondern durch die Breite der Fluoreszenzspektren (≥ 50 nm) und die Größenordnung der Stokes-Verschiebungen (≤ 200 nm) der Farbstoffe beim Fluoreszenzresonanzenergietransfer ( FRET)10 verwendet wird. Allerdings muss die Anzahl der Farben größer oder gleich der Anzahl der Farbstoffe sein, um die spektralen Überlappungen der Farbstoffe zu entmischen31,32. Daher ist es notwendig, die Anzahl der gleichzeitig gemessenen Farben auf acht oder mehr zu erhöhen.

Kürzlich wurde ein ultrakleines Siebenfarbenspektrometer (unter Verwendung eines Arrays aus sieben dichroitischen Spiegeln und eines Bildsensors zur Messung von vier Fluoreszenzflüssen) entwickelt31. Das Spektrometer ist zwei bis drei Größenordnungen kleiner als ein herkömmliches Spektrometer mit Gitter oder Prisma34,35. Allerdings ist es schwierig, mehr als sieben dichroitische Spiegel in einem Spektrometer anzuordnen und gleichzeitig mehr als sieben Farben zu messen36,37. Mit zunehmender Anzahl dichroitischer Spiegel nimmt der maximale Unterschied in den optischen Weglängen der aufgeteilten Farbflüsse zu, und es wird schwierig, alle Flüsse auf derselben Sensorebene abzubilden. Die längste optische Weglänge der Flüsse nimmt ebenfalls zu, sodass die Aperturweite des Spektrometers (nämlich die maximale Breite des vom Spektrometer analysierten Lichts) abnimmt.

Als Reaktion auf die oben beschriebenen Probleme wurde in dieser Studie ein ultrakleines Neunfarben-Spektrometer – unter Verwendung eines zweischichtigen „zweigeteilten“ zehn-dichroitischen Spiegelarrays und eines Bildsensors – für die Schnappschuss-Spektralbildgebung [Kategorie (4)“ entwickelt. ] wurde entwickelt. Das entwickelte Spektrometer hat einen kleineren maximalen Unterschied in der optischen Weglänge und eine kürzere längste optische Weglänge als das vorherige Spektrometer31. Es wurde auf eine Vier-Kapillar-Array-Elektrophorese zum Nachweis der laserinduzierten Neunfarben-Fluoreszenz angewendet und acht Farbstoffe, die gleichzeitig in jeder Kapillare wanderten, wurden gleichzeitig quantifiziert. Da das entwickelte Spektrometer nicht nur extrem klein und kostengünstig ist, sondern auch über einen hohen Lichtdurchsatz und eine ausreichende spektrale Auflösung für die meisten Spektralbildgebungsanwendungen verfügt, kann es in verschiedenen Bereichen umfassend eingesetzt werden.

Ein herkömmliches Neunfarben-Spektrometer ist in Abb. 1a dargestellt. Sein Design folgt dem Design des vorherigen ultrakleinen Siebenfarben-Spektrometers31. Es besteht aus neun horizontal angeordneten dichroitischen Spiegeln, die um 45° nach rechts geneigt sind. Über den neun dichroitischen Spiegeln befindet sich ein Bildsensor (S). Ein von unten einfallender Fluss (C0) wird durch die Anordnung aus neun dichroitischen Spiegeln in neun ausgehende Farbflüsse (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 und C9) in Aufwärtsrichtung aufgeteilt. Alle neun Farbflüsse werden direkt in den Bildsensor eingegeben und gleichzeitig erfasst. In dieser Studie sind C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 und C9 in der Reihenfolge der Wellenlängen aufgeführt und in Magenta, Lila, Blau, Cyan, Grün, Gelb, Orange, Rotorange bzw. Rot dargestellt . Obwohl diese Farbangaben, wie in Abb. 3 dargestellt, in diesem Dokument verwendet werden, weichen sie von den Farben ab, die das menschliche Auge tatsächlich wahrnimmt.

Schematische Darstellungen konventioneller und neuartiger Neunfarbenspektrometer. (a) Konventionelles Neunfarben-Spektrometer mit neun dichroitischem Spiegelarray. (b) Neuartiges Neunfarben-Spektrometer mit zweischichtigem, zweigeteiltem zehndichroitischem Spiegelarray. Der einfallende Lichtstrom C0 wird in neun Farblichtströme C1–C9 aufgeteilt und vom Bildsensor S erfasst.

Das entwickelte neuartige Neunfarbenspektrometer mit einem zweischichtigen, zweiteiligen zehndichroitischen Spiegelarray und einem Bildsensor ist in Abb. 1b dargestellt. Auf der unteren Schicht sind fünf dichroitische Spiegel um 45° nach rechts geneigt und von der Mitte des Arrays aus zehn dichroitischen Spiegeln nach rechts angeordnet. Auf der oberen Schicht sind die anderen fünf dichroitischen Spiegel um 45° nach links geneigt und von der Mitte nach links angeordnet. Der dichroitische Spiegel ganz links auf der unteren Schicht und der dichroitische Spiegel ganz rechts auf der oberen Schicht überlappen einander. Ein von unten einfallender Fluss (C0) wird durch die fünf dichroitischen Spiegel rechts in vier ausgehende Farbflüsse (C1–C4) und durch die fünf dichroitischen Spiegel links in fünf ausgehende Farbflüsse (C5–C9) aufgeteilt. Ähnlich wie beim herkömmlichen Neunfarbenspektrometer werden alle neun Farbflüsse direkt in den Bildsensor (S) eingegeben und gleichzeitig erfasst. Der Vergleich von Abb. 1a und b zeigt, dass im Fall des neuartigen Neunfarbenspektrometers sowohl die maximale Differenz der optischen Weglängen als auch die längste optische Weglänge der neun Farbflüsse halbiert werden.

Der detaillierte Aufbau des zweischichtigen, zweiteiligen Arrays aus zehn dichroitischen Spiegeln – mit einer ultrakleinen Größe von 29 mm (Breite) × 31 mm (Tiefe) × 6 mm (Höhe) – ist in Abb. 2 dargestellt. Die zehn Das Array aus dichroitischen Spiegeln besteht aus fünf dichroitischen Spiegeln (M1–M5) auf der rechten Seite und fünf dichroitischen Spiegeln (M6–M9 und einem weiteren M5) auf der linken Seite, die jeweils auf einem Aluminiumhalter befestigt sind. Alle dichroitischen Spiegel sind schrittweise angeordnet, um eine parallele Verschiebung der Flüsse aufgrund der Brechung beim Durchgang der Flüsse durch die Spiegel zu kompensieren31. Unter M1 ist ein Bandpassfilter (BP) befestigt. Die Größe von M1 und BP beträgt 10 mm (lange Seite) × 1,9 mm (kurze Seite) × 0,5 mm (Dicke). Die der anderen dichroitischen Spiegel beträgt 15 mm × 1,9 mm × 0,5 mm. Der Array-Abstand zwischen M1 und M2 beträgt 1,7 mm und der Array-Abstand der anderen dichroitischen Spiegel beträgt 1,6 mm. Der eingehende Fluss C0 und die neun Farbflüsse C1 – C9, die durch das Array aus zehn dichroitischen Spiegeln aufgeteilt werden, sind in Abb. 2c überlagert.

Entwurf eines zweischichtigen, zweiteiligen Arrays mit zehn dichroitischen Spiegeln. (a) Perspektivische und (b) Querschnittsansichten des zweischichtigen, zweiteiligen Arrays aus zehn dichroitischen Spiegeln (mit einer Größe von 29 mm × 31 mm × 6 mm). Es besteht aus fünf dichroitischen Spiegeln (M1–M5), die auf der unteren Schicht angeordnet sind, fünf dichroitischen Spiegeln (M6–M9 und ein weiterer M5), die auf der oberen Schicht angeordnet sind, und einem Bandpassfilter (BP) unter M1. (c) Querschnittsansicht aus der senkrechten Richtung, mit überlagerten C0- und C1-C9-Werten.

Die Öffnungsweite in horizontaler Richtung, angegeben durch die Breite von C0 in Abb. 2c, beträgt 1 mm, und die in der Richtung senkrecht zur Ebene von Abb. 2c, angegeben durch die Konstruktion des Aluminiumhalters, beträgt 7 mm. Das heißt, das neuartige Neunfarben-Spektrometer hat eine große Aperturgröße von 1 mm × 7 mm. Die optische Weglänge von C4 ist die längste unter C1–C9, und die optische Weglänge von C4 innerhalb des Arrays aus zehn dichroitischen Spiegeln, spezifiziert durch die oben erwähnte ultrakleine Größe (29 mm × 31 mm × 6 mm), beträgt 12 mm. Unterdessen ist die optische Weglänge von C5 die kürzeste unter C1–C9 und die optische Weglänge von C5 beträgt 5,7 mm. Der maximale Unterschied in den optischen Weglängen beträgt daher 6,3 mm. Die oben genannten optischen Weglängen sind um die Verlängerung der optischen Längen durch Lichtübertragung durch M1–M9 und BP (aus Quarz) korrigiert.

Die spektralen Eigenschaften von M1–M9 und BP wurden so entworfen, dass die Flüsse C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 und C9 Wellenlängenbereiche von 520–540, 540–560, 560–580, 580–600 haben , 600–620, 620–640, 640–660, 660–680 bzw. 680–700 nm.

Ein Foto des hergestellten Arrays aus zehn dichroitischen Spiegeln ist in Abb. 3a dargestellt. M1 − M9 und BP sind jeweils auf 45°-Schrägen und der horizontalen Ebene des Aluminiumhalters aufgeklebt, obwohl M1 und BP in der Abbildung auf der Rückseite verborgen sind.

Hergestelltes Array aus zehn dichroitischen Spiegeln und seine Demonstrationen. (a) Hergestelltes Array aus zehn dichroitischen Spiegeln. (b) Neunfarbige geteilte Bilder mit einer Größe von 1 mm × 7 mm, projiziert auf ein Blatt Papier, das vor dem Array aus zehn dichroitischen Spiegeln platziert und von hinten mit weißem Licht beleuchtet wird. (c) Zehn dichroitische Spiegelanordnung, beleuchtet von hinten mit weißem Licht. (d) Neunfarbige geteilte Flüsse, die von der Anordnung aus zehn dichroitischen Spiegeln emittiert werden, beobachtet durch Platzieren eines mit Rauch gefüllten Acryltanks vor der Anordnung aus zehn dichroitischen Spiegeln in c und Abdunkeln des Raums.

Die gemessenen Transmissionsspektren von M1 – M9 für C0 bei einem Einfallswinkel von 45° und BP für C0 bei einem Einfallswinkel von 0° sind in Abb. 4a dargestellt. Transmissionsspektren von C1-C9 relativ zu C0 sind in Abb. 4b dargestellt. Diese Spektren wurden aus den Spektren in Abb. 4a auf der Grundlage der optischen Pfade von C1–C9 in Abb. 4a berechnet. 1b und 2c. Zum Beispiel: TS(C4) = TS (BP) × [1 − TS (M1)] × TS (M2) × TS (M3) × TS (M4) × [1 − TS (M5)] und TS(C9 ) = TS (BP) × TS (M1) × [1 − TS (M6)] × TS (M7) × TS (M8) × TS (M9) × [1 − TS (M5)], wobei TS(X) und [1 − TS(X)] sind jeweils die Transmissions- und Reflexionsspektren von und C9 sind 521–540, 541–562, 563–580, 581–602, 603–623, 624–641, 642–657, 659–680 bzw. 682–699 nm. Diese Ergebnisse stimmen mit den entworfenen Wellenlängenbändern überein. Darüber hinaus ist die Lichtausnutzungseffizienz von C0 hoch, d. h. die durchschnittliche maximale Durchlässigkeit von C1–C9 beträgt 92 %.

Transmissionsspektren dichroitischer Spiegel und geteilter Neunfarbenflüsse. (a) Gemessene Transmissionsspektren von M1–M9 bei Einfallswinkeln von 45° und BP bei Einfallswinkeln von 0°. (b) Transmissionsspektren von C1–C9 relativ zu C0, berechnet aus (a).

In Abb. 3c ist das Array aus zehn dichroitischen Spiegeln aufrecht positioniert, sodass seine rechte Seite in Abb. 3a die Oberseite ist und ein kollimierter LED-Weißlichtfluss (C0) von der Rückseite beleuchtet wird. Das in Abb. 3a gezeigte Array aus zehn dichroitischen Spiegeln wird in einem Adapter mit einer Größe von 54 mm (Höhe) × 58 mm (Tiefe) × 8,5 mm (Dicke) gehalten. In Abb. 3d wird zusätzlich zu dem in Abb. 3c gezeigten Zustand ein mit Rauch gefüllter Acryltank vor der Anordnung aus zehn dichroitischen Spiegeln platziert und das Raumlicht ausgeschaltet. Als Ergebnis sind neun farblich geteilte Flüsse, die von der Anordnung aus zehn dichroitischen Spiegeln emittiert werden, im Tank sichtbar. Jeder geteilte Fluss hat einen rechteckigen Querschnitt mit einer Größe von 1 × 7 mm, was der Aperturgröße des neuartigen Neunfarben-Spektrometers entspricht. In Abb. 3b wird ein Blatt Papier vor das Array aus zehn dichroitischen Spiegeln in Abb. 3c gelegt und 1 x 7-mm-Bilder der neun auf das Papier projizierten Farbaufteilungsflüsse werden aus der Bewegungsrichtung des betrachtet neun farblich geteilte Flussmittel. Die neun Farbaufteilungsflüsse in Abb. 3b und d sind C4, C3, C2, C1, C5, C6, C7, C8 und C9 in der Reihenfolge von oben nach unten, wie auch aus Abb. 3b und d hervorgeht. 1b und 2c. Diese werden in Farben beobachtet, die ihren jeweiligen Wellenlängen entsprechen. Da die Intensität des weißen LED-Lichts (siehe ergänzende Abbildung S3) und die Empfindlichkeit der Farbkamera, die zum Fotografieren in Abbildung 3 verwendet wurde, in Bezug auf C9 (682–699 nm) beide niedrig sind, ist die beobachtete Intensität von C9 (der Fluss) niedrig unten) ist schwächer als die anderer geteilter Flussmittel. Ebenso war C9 mit bloßem Auge schwach zu erkennen. C2 (der zweite Fluss von oben) sieht in Abb. 3 grün aus, sieht mit bloßem Auge jedoch eher gelb aus.

Der Fortschritt von Abb. 3c bis d ist im Zusatzvideo 1 dargestellt. Unmittelbar nachdem der LED-Weißlichtfluss durch das Array aus zehn dichroitischen Spiegeln übertragen wurde, wird er gleichzeitig in die neun Farbflüsse aufgeteilt. Schließlich verschwindet der Rauch im Tank allmählich von oben nach unten, sodass auch die neun Farbteilungsflussmittel der Reihe nach von oben nach unten verschwinden. Im Gegenteil, in Zusatzvideo 2 wird die Wellenlänge des auf das Array aus zehn dichroitischen Spiegeln einfallenden Lichtflusses sequentiell von lang zu kurz in der Reihenfolge 690, 671, 650, 632, 610, 589, 568, 550 geändert und 532 nm wird nur der entsprechende Farbaufteilungsfluss unter den neun Farbaufteilungsflüssen in der Reihenfolge C9, C8, C7, C6, C5, C4, C3, C2 und C1 visualisiert. Der Acryltank wurde durch eine Quarzzelle ersetzt, sodass die Blattform jedes geteilten Flussmittels von diagonal oben deutlich beobachtet werden konnte. Darüber hinaus wird Ergänzungsvideo 3 so bearbeitet, dass der Wellenlängenänderungsanteil in Ergänzungsvideo 2 wiederholt reproduziert wird. Es ist der beredteste Ausdruck der Merkmale der Anordnung aus zehn dichroitischen Spiegeln.

Die oben beschriebenen Ergebnisse zeigen, dass das hergestellte Array aus zehn dichroitischen Spiegeln bzw. das neuartige Neunfarbenspektrometer wie geplant funktioniert. Das neuartige Neunfarben-Spektrometer wurde durch die Montage des zehndichroitischen Spiegelarrays mit dem Adapter direkt auf einer Bildsensorplatine hergestellt.

Lichtströme mit einem Wellenlängenband von 400 bis 750 nm, die von vier ϕ50-μm-Emissionspunkten emittiert wurden, die in Abständen von 1 mm in der Richtung senkrecht zur Ebene von Abb. 2c angeordnet waren, wurden jeweils durch das in der Abbildung verwendete Vier-Linsen-Array kollimiert vorherige Studie31,34. Das Vier-Linsen-Array besteht aus vier ϕ1-mm-Linsen mit Brennweiten von 1,4 mm und Abständen von 1 mm. Die vier kollimierten Flüsse (vier C0s), die in Abständen von 1 mm angeordnet waren, fielen auf den BP des neuartigen Neunfarbenspektrometers. Jeder Fluss (C0) wurde durch das Array aus zehn dichroitischen Spiegeln in neun Farbflüsse (C1–C9) aufgeteilt. Die resultierenden sechsunddreißig Flüsse (vier Sätze von C1–C9) wurden dann direkt in einen CMOS-Bildsensor (S) eingegeben, der direkt an das Array aus zehn dichroitischen Spiegeln angeschlossen war. Als Ergebnis wurden, wie in Abb. 5a gezeigt, alle Bilder der sechsunddreißig Flüsse gleichzeitig und eindeutig in einheitlicher Größe erfasst, sowohl aufgrund der geringen Differenz der maximalen optischen Weglänge als auch der kurzen maximalen optischen Weglänge. Abhängig vom Spektrum der einfallenden Flüsse (siehe ergänzende Abbildung S4) sind die Bildintensitäten der vier Sätze C1, C2 und C3 relativ niedrig. Die Größe der 36 Bilder beträgt 0,57 ± 0,05 mm (Durchschnitt ± Standardabweichung). Die Bildvergrößerung beträgt daher durchschnittlich 11,4. Der vertikale Bildabstand beträgt durchschnittlich 1 mm (entspricht dem Linsen-Array-Abstand) und der horizontale Bildabstand beträgt durchschnittlich 1,6 mm (entspricht dem dichroitischen Spiegel-Array-Abstand). Da die Bildgröße somit ausreichend kleiner als die Bildintervalle ist, kann jedes Bild unabhängig (mit geringem Übersprechen) gemessen werden. In der Zwischenzeit sind in Abb. 5b Bilder von 28 Flüssen dargestellt, die mit dem in unserer vorherigen Studie verwendeten herkömmlichen Siebenfarbenspektrometer erfasst wurden31. Die Anordnung aus sieben dichroitischen Spiegeln wurde durch Entfernen der beiden dichroitischen Spiegel ganz rechts aus der Anordnung aus neun dichroitischen Spiegeln in Abb. 1a erstellt. Nicht alle Bilder sind scharf und die Größe der Bilder erhöht sich von C1 auf C7. Die Größe der 28 Bilder beträgt 0,70 ± 0,19 mm. Daher ist es schwierig, in allen Bildern eine hohe Bildauflösung aufrechtzuerhalten. Der Variationskoeffizient (CV) der Größe der achtundzwanzig Bilder in Abb. 5b beträgt 28 %, während der der Größe der sechsunddreißig Bilder in Abb. 5a auf 9 % reduziert ist. Die oben beschriebenen Ergebnisse verdeutlichen, dass das neuartige Neunfarbenspektrometer nicht nur die Anzahl der gleichzeitig gemessenen Farben von sieben auf neun erhöhte, sondern auch eine hohe Bildauflösung für jede Farbe erzielte.

Vergleich der Qualitäten geteilter Bilder, die von herkömmlichen und neuartigen Spektrometern erzeugt wurden. (a) Vier Sätze von Neunfarben-Spaltbildern (C1–C9), die mit dem neuartigen Neunfarben-Spektrometer erstellt wurden. (b) Vier Sätze von Siebenfarben-Spaltbildern (C1–C7), die mit dem herkömmlichen Siebenfarben-Spektrometer erstellt wurden. Flüsse (C0) mit einer Wellenlänge von 400 bis 750 nm von vier Emissionspunkten wurden jeweils kollimiert und fielen auf jedes Spektrometer.

Die spektroskopische Leistung des Neunfarbenspektrometers wurde experimentell bewertet und die Bewertungsergebnisse sind in Abb. 6 dargestellt. Beachten Sie, dass Abb. 6a das gleiche Ergebnis wie Abb. 5a zeigt; Das heißt, wenn jedes der vier C0s eine Wellenlänge von 400 bis 750 nm hatte, wurden alle sechsunddreißig Bilder (die vier Sätze von C1–C9) erfasst. Im Gegensatz dazu wurden, wie in Abb. 6b-j gezeigt, wenn jedes C0 eine spezifische Wellenlänge von 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670 oder 690 nm hatte, fast nur vier entsprechende Bilder (vier Sätze von C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 oder C9) wurden erkannt. Einige Bilder neben den vier entsprechenden Bildern wurden jedoch sehr schwach erkannt, da sich die in Abb. 4b gezeigten Transmissionsspektren von C1–C9 leicht überlappen und jedes C0 der spezifischen Wellenlänge ein Wellenlängenband von 10 nm aufweist, wie in Methoden beschrieben. Diese Ergebnisse stimmen mit den in Abb. 4b und den Zusatzvideos 2 und 3 gezeigten Transmissionsspektren von C1-C9 überein. Mit anderen Worten, das Neunfarbenspektrometer funktioniert wie aufgrund der in Abb. 4b gezeigten Ergebnisse erwartet. Daraus wird geschlossen, dass das Bildintensitätsprofil von C1–C9 das Lichtspektrum jedes C0 darstellt.

Spektroskopische Leistung eines Neunfarbenspektrometers. Vier Sätze von Neunfarben-Spaltbildern (C1–C9), die durch das neuartige Neunfarbenspektrometer erzeugt werden, wenn einfallendes Licht (vier C0s) Licht mit Wellenlängen von (a) 400–750 nm (wie in Abb. 5a), (b) ist ) 530 nm, (c) 550 nm, (d) 570 nm, (e) 590 nm, (f) 610 nm, (g) 630 nm, (h) 650 nm, (i) 670 nm und (j) 690 nm bzw.

Das entwickelte Neunfarbenspektrometer wurde auf die Vier-Kapillar-Array-Elektrophorese angewendet (Einzelheiten finden Sie im Zusatzmaterial)31,34,35. Das Vier-Kapillar-Array besteht aus vier Kapillaren (mit einem Außendurchmesser von 360 μm und einem Innendurchmesser von 50 μm), die in Abständen von 1 mm an Laserbestrahlungspositionen angeordnet sind. Eine Probe, die DNA-Fragmente enthält, die mit acht Arten von Farbstoffen markiert sind, nämlich FL-6C (Dye1), JOE-6C (Dye2), dR6G (Dye3), TMR-6C (Dye4), CXR-6C (Dye5), TOM-6C (Dye6), LIZ (Dye7) und WEN (Dye8) in aufsteigender Reihenfolge der Fluoreszenzemissionswellenlänge wurden in jeder der vier Kapillaren (im Folgenden Cap1, Cap2, Cap3 und Cap4) getrennt. Laserinduzierte Fluoreszenzen von Cap1–Cap4 wurden durch das Vier-Linsen-Array kollimiert und gleichzeitig durch das Neunfarben-Spektrometer erfasst. Zeitverläufe der Neunfarben-Fluoreszenzintensitäten (C1–C9) während der Elektrophorese, dh ein Neunfarben-Elektropherogramm für jede Kapillare, sind in Abb. 7a dargestellt. Äquivalente Neunfarben-Elektropherogramme wurden in Cap1-Cap4 erhalten. Wie durch die Pfeile in Abb. 7a für Cap1 angezeigt, zeigen acht Peaks in jedem Neunfarben-Elektropherogramm jeweils einzelne Fluoreszenzemissionen von Dye1-Dye8.

Gleichzeitige Acht-Farbstoff-Quantifizierung durch ein Neun-Farben-Spektrometer für die Vier-Kapillar-Array-Elektrophorese. (a) Neunfarben-Elektropherogramm (C1–C9) für jede Kapillare. Acht durch Pfeile angezeigte Peaks für Cap1 zeigen die individuelle Fluoreszenzemission von acht Farbstoffen (Dye1–Dye8). Die Farben der Pfeile entsprechen denen in (b) und (c). (b) Fluoreszenzspektren von acht Farbstoffen (Dye1–Dye8) für jede Kapillare. c Elektropherogramm mit acht Farbstoffen (Dye1–Dye8) für jede Kapillare. Peaks von Dye7-markierten DNA-Fragmenten werden durch Pfeile mit ihren Basenlängen für Cap4 angezeigt.

Die Intensitätsverteilungen von C1 – C9 an den acht Peaks sind jeweils in Abb. 7b dargestellt. Da C1-C9 und Dye1-Dye8 beide in der Wellenlängenreihenfolge vorliegen, zeigen die acht Verteilungen in Abb. 7b Fluoreszenzspektren von Dye1-Dye8 in der Reihenfolge von links nach rechts. In dieser Studie werden Dye1, Dye2, Dye3, Dye4, Dye5, Dye6, Dye7 und Dye8 jeweils in Magenta, Lila, Blau, Cyan, Grün, Gelb, Orange und Rot angezeigt. Beachten Sie, dass die Farben der Pfeile in Abb. 7a den Farben der Farbstoffe in Abb. 7b entsprechen. Die Fluoreszenzintensitäten von C1–C9 für jedes Spektrum in Abb. 7b sind normalisiert, sodass ihre Summe eins ist. Mit Cap1−Cap4 werden acht äquivalente Fluoreszenzspektren erhalten. Fluoreszenzspektralüberlappungen zwischen Dye1 und Dye8 sind deutlich zu beobachten.

Wie in Abb. 7c gezeigt, wurde für jede Kapillare das Neunfarben-Elektropherogramm in Abb. 7a durch Mehrkomponentenanalyse31 basierend auf den acht Fluoreszenzspektren in Abb. 7b in ein Achtfarben-Elektropherogramm umgewandelt (Einzelheiten finden Sie im Zusatzmaterial). Da die spektralen Fluoreszenzüberlappungen in Abb. 7a in Abb. 7c nicht erscheinen, ist es möglich, Dye1-Dye8 zu jedem Zeitpunkt individuell zu identifizieren und zu quantifizieren, selbst wenn verschiedene Mengen von Dye1-Dye8 gleichzeitig Fluoreszenzen emittieren. Dies wäre mit der herkömmlichen Siebenfarbenerkennung nicht möglich31; Dies ist jedoch durch die entwickelte Neun-Farben-Erkennung möglich. Wie durch die Pfeile in Abb. 7c für Cap1 angezeigt, gibt es nur einzelne Peaks der Fluoreszenzemissionen von Dye3 (blau), Dye8 (rot), Dye5 (grün), Dye4 (cyan), Dye2 (lila), Dye1 (magenta) und Dye6 (gelb) werden wie erwartet in chronologischer Reihenfolge beobachtet. Was die Fluoreszenzemission von Farbstoff7 (orange) betrifft, so werden zusätzlich zu einem einzelnen Peak, der durch den orangefarbenen Pfeil angezeigt wird, mehrere weitere einzelne Peaks beobachtet. Dieses Ergebnis ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Probe Größenstandards enthält, nämlich Dye7-markierte DNA-Fragmente mit unterschiedlichen Basenlängen. Wie in Abb. 7c für Cap4 angegeben, umfassen diese Basislängen 20, 40, 60, 80, 100, 114, 120, 140, 160, 180, 200, 214 und 220 Basislängen.

Die Hauptmerkmale des entwickelten Neunfarben-Spektrometers, das das zweischichtige, zweigeteilte Zehn-Dichroit-Spiegel-Array verwendet, sind seine geringe Größe und einfache Konfiguration. Da das in Abb. 3c gezeigte zehndichroitische Spiegelarray im Adapter direkt auf der Bildsensorplatine montiert ist (siehe Abb. S1 und S2), entspricht die Größe des Neunfarbenspektrometers der Größe des Adapters, also 54 × 58 × 8,5 mm (Dicke). Diese ultrakleine Größe ist zwei bis drei Größenordnungen kleiner als die Größe eines herkömmlichen Spektrometers mit Gitter oder Prisma. Da das Neunfarben-Spektrometer außerdem so konfiguriert ist, dass Licht senkrecht auf die Bildsensoroberfläche einfällt, ist es einfach, Platz für das Neunfarben-Spektrometer in einem System wie einem Mikroskop, einem Durchflusszytometer usw. bereitzustellen Kapillar-Array-Elektrophorese-Analysator in einer Weise, die das System weiter miniaturisiert. Mittlerweile betragen die Größen der zehn dichroitischen Spiegel und des Bandpassfilters, die im Neunfarbenspektrometer verwendet werden, nur 10 × 1,9 × 0,5 mm oder 15 × 1,9 × 0,5 mm. Daher können mehr als 100 dieser kleinen dichroitischen Spiegel und Bandpassfilter aus dichroitischen Spiegeln und Bandpassfiltern mit einer Fläche von jeweils 60 mm geschnitten werden. Folglich ist es möglich, das Array aus zehn dichroitischen Spiegeln mit geringen Kosten herzustellen.

Ein weiteres Merkmal des Neunfarben-Spektrometers ist seine hervorragende spektroskopische Leistung. Insbesondere ermöglicht es die Snapshot-Spektralbildgebung, also die gleichzeitige Erfassung von Bildern mit spektralen Informationen. Für jedes Bild wird ein kontinuierliches Spektrum im Wellenlängenbereich von 520 bis 700 nm mit einer Auflösung von 20 nm erhalten. Mit anderen Worten: Für jedes Bild werden die Lichtintensitäten der neun Farben, also der neun 20-nm-Wellenlängenbänder, die den Wellenlängenbereich von 520 bis 700 nm gleichmäßig aufteilen, erfasst. Durch Änderung der spektralen Eigenschaften der dichroitischen Spiegel und des Bandpassfilters ist es möglich, den Wellenlängenbereich und jede Breite der neun Wellenlängenbänder anzupassen. Die Neunfarbenerkennung ist nicht nur bei der Fluoreszenzmessung mittels Spektralbildgebung (wie in diesem Bericht beschrieben) nützlich, sondern auch bei vielen anderen allgemeinen Anwendungen, die Spektralbildgebung nutzen. Obwohl mit hyperspektraler Bildgebung Hunderte von Farben erkannt werden können, wurde festgestellt, dass mehrere Ziele im Sichtfeld in vielen Anwendungen mit ausreichend hoher Genauigkeit identifiziert werden können, selbst wenn die Anzahl der zu erkennenden Farben erheblich reduziert wird38,39,40. Da räumliche Auflösung, spektrale Auflösung und zeitliche Auflösung bei der spektralen Bildgebung einen gemeinsamen Kompromiss haben, kann eine Reduzierung der Anzahl der Farben die räumliche und zeitliche Auflösung verbessern. Darüber hinaus ist es möglich, ein einfaches Spektrometer wie das in dieser Studie entwickelte zu verwenden und den Rechenaufwand weiter zu reduzieren.

In dieser Studie wurden acht Farbstoffe gleichzeitig durch spektrale Entmischung überlappender Fluoreszenzspektren der acht Farbstoffe basierend auf der Neun-Farben-Detektion quantifiziert. Bis zu neun Arten von Farbstoffen, die zeitlich und räumlich nebeneinander existieren, können ebenfalls gleichzeitig quantifiziert werden. Die besonderen Vorteile des Neunfarben-Spektrometers sind sein hoher Lichtdurchsatz und die große Apertur (1 × 7 mm). Das Array aus zehn dichroitischen Spiegeln hat eine maximale Durchlässigkeit von 92 % des von der Apertur einfallenden Lichts in jedem der neun Wellenlängenbänder. Die Ausnutzungseffizienz des einfallenden Lichts im Wellenlängenbereich von 520 bis 700 nm beträgt nahezu 100 %. In einem so breiten Wellenlängenbereich kann mit keiner Art von Beugungsgitter eine so hohe Ausnutzungseffizienz erreicht werden. Selbst wenn das Beugungsgitter bei einer bestimmten Wellenlänge eine Beugungseffizienz von mehr als 90 % aufweist, nimmt die Beugungseffizienz bei einer anderen Wellenlänge mit zunehmender Differenz zwischen dieser Wellenlänge und der spezifischen Wellenlänge ab41. Die Öffnungsweite in der Richtung senkrecht zur Ebene von Abb. 2c kann durch geringfügige Änderung des Designs von 7 mm auf die Breite eines Bildsensors erweitert werden, z. B. 13 mm im Fall des in dieser Studie verwendeten Bildsensors das Zehn-Dichroitische-Spiegel-Array.

Das Neunfarbenspektrometer kann nicht nur, wie in dieser Studie gezeigt, für die Kapillararray-Elektrophorese eingesetzt werden, sondern auch für verschiedene andere Anwendungen. Wie unten gezeigt, kann das Neunfarbenspektrometer beispielsweise auf ein Fluoreszenzmikroskop angewendet werden. Eine Probenebene wird durch ein 10-fach-Objektiv auf den Bildsensor des Neunfarben-Spektrometers abgebildet. Der optische Abstand zwischen Objektivlinse und Bildsensor beträgt 200 mm, während der optische Abstand zwischen der Einfallsfläche des Neunfarbenspektrometers und dem Bildsensor nur 12 mm beträgt. Dazu wird das Bild an der Einfallsfläche etwa auf die Blendengröße (1 × 7 mm) ausgeschnitten und in neun Farbbilder aufgeteilt. Das heißt, es ist möglich, eine 9-Farben-Schnappschuss-Spektralbildgebung eines Bereichs mit einer Größe von 0,1 × 0,7 mm auf der Probenebene durchzuführen. Darüber hinaus ist durch Scannen der Probe in Bezug auf die Objektivlinse in der horizontalen Richtung von Abb. 2c eine Neunfarben-Spektralabbildung eines größeren Bereichs auf der Probenebene möglich.

Komponenten des Arrays aus zehn dichroitischen Spiegeln, d. h. M1–M9 und BP, wurden von Asahi Spectra Co., Ltd. unter Verwendung von Standardabscheidungstechniken maßgeschneidert. Mehrere dünne Schichten des dielektrischen Materials wurden jeweils auf zehn 60 × 60 mm großen Quarzplatten mit einer Dicke von 0,5 mm abgeschieden, um die folgenden Spezifikationen zu erfüllen: M1: IA = 45°, R ≥ 90 % bei 520–590 nm, Tave ≥ 90 % bei 610–700 nm; M2: IA = 45°, R ≥ 90 % bei 520–530 nm, Tave ≥ 90 % bei 550–600 nm; M3: IA = 45°, R ≥ 90 % bei 540–550 nm, Tave ≥ 90 % bei 570–600 nm; M4: IA = 45°, R ≥ 90 % bei 560–570 nm, Tave ≥ 90 % bei 590–600 nm; M5: IA = 45°, R ≥ 98 % bei 580–600 nm, R ≥ 98 % bei 680–700 nm; M6: IA = 45°, Tave ≥ 90 % bei 600–610 nm, R ≥ 90 % bei 630–700 nm; M7: IA = 45°, R ≥ 90 % bei 620–630 nm, Tave ≥ 90 % bei 650–700 nm; M8: IA = 45°, R ≥ 90 % bei 640–650 nm, Tave ≥ 90 % bei 670–700 nm; M9: IA = 45°, R ≥ 90 % bei 650–670 nm, Tave ≥ 90 % bei 690–700 nm; Blutdruck: IA = 0°, T ≤ 0,01 % bei 505 nm, Tave ≥ 95 % bei 530–690 nm, T ≥ 90 % bei 530–690 nm, T ≤ 1 % bei 725–750 nm, wobei IA, T, Tave und R sind Einfallswinkel, Durchlässigkeit, gemittelte Durchlässigkeit und Reflexionsgrad von unpolarisiertem Licht.

Weißes Licht (C0) mit einem Wellenlängenbereich von 400–750 nm, das von einer LED-Lichtquelle (AS 3000, AS ONE CORPORATION) emittiert wurde, wurde kollimiert und fiel vertikal auf den BP des Arrays aus zehn dichroitischen Spiegeln. Das Spektrum des LED-Weißlichts ist in der ergänzenden Abbildung S3 dargestellt. Ein Acryltank (mit einer Größe von 150 × 150 × 30 mm) wurde direkt vor der Anordnung aus zehn dichroitischen Spiegeln gegenüber von BP platziert. Dann wurde Rauch, der durch Eintauchen von Trockeneis in Wasser erzeugt wurde, in den Acryltank gegossen, um die neunfarbigen geteilten Ströme von C1–C9 sichtbar zu machen, die von der Anordnung aus zehn dichroitischen Spiegeln emittiert wurden.

Alternativ wurde der kollimierte Weißlichtfluss (C0) durch einen Filter geleitet, bevor er auf BP traf. Der Filter war ursprünglich ein ND-Filter mit einer OD von 0,6. Anschließend wurde es durch neun 10-nm-Bandpassfilter mit zentralen Wellenlängen von 690, 671, 650, 632, 610, 589, 568, 550 und 532 nm nacheinander in 5-s-Intervallen ersetzt, indem ein motorisiertes Filterrad (FW212C, Thorlabs, Inc.). Schließlich wurde der ND-Filter wieder eingesetzt. Die Übertragungsbänder der neun Bandpassfilter entsprechen denen von C9, C8, C7, C6, C5, C4, C3, C2 und C1. Eine Quarzzelle mit einer Innengröße von 40 (optische Länge) × 42,5 (Höhe) × 10 mm (Breite) wurde direkt vor dem Array aus zehn dichroitischen Spiegeln gegenüber von BP platziert. Dann wurde der Quarzzelle durch ein Rohr Rauch zugeführt, so dass die Rauchkonzentration in der Quarzzelle aufrechterhalten wurde, um die neunfarbigen geteilten Flüsse von C1–C9 sichtbar zu machen, die von der Anordnung aus zehn dichroitischen Spiegeln emittiert wurden.

Videos der neunfarbigen geteilten Flüsse, die von der Anordnung aus zehn dichroitischen Spiegeln emittiert werden, wurden im Zeitraffermodus auf einem iPhone XS aufgenommen. Bilder der Szene wurden mit 1 Bild pro Sekunde aufgenommen und die Bilder wurden zusammengestellt, um die Videos mit 30 Bildern pro Sekunde (für Zusatzvideo 1) oder 24 Bildern pro Sekunde (für Zusatzvideos 2 und 3) zu erstellen.

Ein 50 μm dickes Edelstahlblech (mit vier ø50 μm großen Löchern in Abständen von 1 mm) wurde auf eine Diffusorplatte gelegt. Auf die Diffusorplatte wurde Licht mit einem Wellenlängenband von 400–750 nm gestrahlt, das durch Durchleiten des Lichts einer Halogenlampe durch einen Kurzpassfilter mit einer Grenzwellenlänge von 700 nm erhalten wurde. Das Spektrum des Lichts ist in der ergänzenden Abbildung S4 dargestellt. Alternativ wurde das Licht auch durch einen der 10-nm-Bandpassfilter mit zentralen Wellenlängen von 530, 550, 570, 590, 610, 630, 650, 670 und 690 nm geleitet und auf die Diffusorplatte gestrahlt. Dadurch wurden auf dem Edelstahlblech gegenüber der Diffusorplatte vier Emissionspunkte mit einem Durchmesser von 50 μm und verschiedenen Wellenlängen gebildet.

Das Vier-Kapillar-Array mit dem Vier-Linsen-Array wurde auf dem Neunfarben-Spektrometer montiert, wie in den Abbildungen gezeigt. S1 und S2. Das Vier-Kapillar-Array und das Vier-Linsen-Array sind die gleichen wie in der vorherigen Studie31,34. Ein 505-nm-Laserstrahl mit einer Leistung von 15 mW wurde gleichzeitig und gleichmäßig aus seitlicher Richtung auf die Emissionspunkte der vier Kapillaren gestrahlt. Die von jedem Emissionspunkt emittierte Fluoreszenz wurde durch die entsprechende Linse kollimiert und durch die Anordnung aus zehn dichroitischen Spiegeln in neun Farbflüsse aufgeteilt. Die resultierenden sechsunddreißig Flüsse wurden dann direkt in einen CMOS-Bildsensor (C11440–52U, Hamamatsu Photonics K·K.) eingegeben und ihre Bilder wurden gleichzeitig erfasst.

Für jede Kapillare wurde eine 20-μl-Probe durch Mischen von 1 μl PowerPlex® 6C Matrix Standard (Promega Corporation), 1 μl A Mix in ABI PRISM® BigDye® Primer Cycle Sequencing Ready Reaction Kit (Applied Biosystems), 4 μl, hergestellt GeneScan™ 600 LIZ™ Dye Size Standard v2.0 (Thermo Fisher Scientific) und 14 μl Wasser. Der PowerPlex® 6C Matrix Standard umfasst sechs DNA-Fragmente, die jeweils mit den sechs Farbstoffen FL-6C, JOE-6C, TMR-6C, CXR-6C, TOM-6C und WEN in der Reihenfolge der maximalen Emissionswellenlänge markiert sind. Die Basenlängen dieser DNA-Fragmente werden nicht bekannt gegeben, es ist jedoch bekannt, dass mit WEN, CXR-6C, TMR-6C, JOE-6C, FL-6C und TOM-6C markierte DNA-Fragmente in der Reihenfolge der Basenlänge liegen. Das A Mix in ABI PRISM® BigDye® Primer Cycle Sequencing Ready Reaction Kit enthält ein DNA-Fragment, das mit dem Farbstoff dR6G markiert ist. Auch die Basenlänge des DNA-Fragments wird nicht bekannt gegeben. Der GeneScan™ 600 LIZ™ Dye Size Standard v2.0 enthält 36 DNA-Fragmente, die mit dem Farbstoff LIZ markiert sind. Die Basenlängen dieser DNA-Fragmente betragen 20, 40, 60, 80, 100, 114, 120, 140, 160, 180, 200, 214, 220, 240, 250, 260, 280, 300, 314, 320, 340. 360, 380, 400, 414, 420, 440, 460, 480, 500, 514, 520, 540, 560, 580 und 600 Basen. Die Probe wurde 3 Minuten lang bei 94 °C denaturiert und 5 Minuten lang auf Eis gekühlt. Die Probe wurde 9 s lang bei 26 V/cm in jede Kapillare injiziert und in jeder mit einer POP-7™-Polymerlösung (Thermo Fisher Scientific) gefüllten Kapillare mit einer effektiven Länge von 36 cm und bei 181 V/cm getrennt 60 °C.

Alle im Rahmen dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel und seinen Zusatzinformationen enthalten. Weitere Daten zu dieser Studie sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Wir danken Yoshimitsu Yanagawa und Tomoyuki Sakai von Hitachi, Ltd. für ihre wertvollen Kommentare zum Manuskript.

Research & Development Group, Hitachi Ltd., 1-280 Higashi-koigakubo, Kokubunji, Tokio, 185-8601, Japan

Takashi Anazawa

Analytical & Medical Solution Business Group, Hitachi High-Tech Corporation, 882 Ichige, Hitachinaka, Ibaraki, 312-8504, Japan

Shuhei Yamamoto und Ryoji Inaba

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TA erfand und entwickelte das Spektrometer, führte Experimente durch, analysierte Daten und schrieb das Manuskript. SY und RI diskutierten die Ergebnisse und überprüften das Manuskript.

Korrespondenz mit Takashi Anazawa.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Zusatzvideo 1.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Anazawa, T., Yamamoto, S. & Inaba, R. Ein ultrakleines Neunfarben-Spektrometer mit einem zweischichtigen, zweigeteilten zehndichroitischen Spiegelarray und einem Bildsensor. Sci Rep 12, 16518 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-20814-3

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Eingegangen: 10. Mai 2022

Angenommen: 19. September 2022

Veröffentlicht: 03. Oktober 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-20814-3

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