本文中,為了證明BLAZE HR傳感器的性能,我們?cè)O(shè)計(jì)了三個(gè)實(shí)驗(yàn)來測量與當(dāng)前最先進(jìn)的探測器相比。BLAZE?科學(xué)CCD
Teledyne Princeton Instruments BLAZE傳感器,可在CCD平臺(tái)上提供超高的近紅外量子效率、超快的光譜速率和極深的熱電冷卻。較低的暗噪聲,結(jié)合低讀出噪聲電子器件的使用,提高了信噪比,并進(jìn)一步提高了靈敏度。
BLAZE探測器的應(yīng)用包括納米技術(shù)、2D材料、碳材料、生物傳感和生命科學(xué)。這些新一代相機(jī)使用拉曼光譜、光致發(fā)光光譜、熒光光譜以及顯微光譜和泵浦探測光譜等測量技術(shù),為科學(xué)家提供了極致的性能。
實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)一:
我們使用TEC制冷的BLAZE HR傳感器和液氮制冷的InGaAs陣列獲得了880 nm至1.0μm的原子燈發(fā)射,以進(jìn)行比較。圖1顯示了在相同條件下(即相同的光譜儀、光柵和光源)采集的光譜。使用BLAZE HR傳感器獲得的信噪比明顯更高。
圖1:使用Teledyne Princeton Instruments SpectraPro?HRS-300光譜儀和600 g/mm光柵,1000 nm閃耀,使用TEC制冷BLAZE HR傳感器(藍(lán)色)和液氮制冷InGaAs陣列(橙色)收集的原子發(fā)射燈光譜比較。
實(shí)驗(yàn)二:
在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中,我們測量了吲哚菁綠(IcG)*在與第一個(gè)實(shí)驗(yàn)相同的波長范圍內(nèi)的光致發(fā)光。圖2顯示了第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中使用的設(shè)置。通過將激發(fā)光源通過透鏡聚焦到包含IcG樣品的比色皿上,收集光致發(fā)光(PL)發(fā)射,并使用與激發(fā)光束成90°的另一個(gè)透鏡進(jìn)行準(zhǔn)直。通過濾光片,準(zhǔn)直光束聚焦到配有一對(duì)探測器的光譜儀的入口狹縫上:出口(1)配備HR傳感器的TEC制冷BLAZE探測器和出口(2)液氮制冷的線性InGaAs陣列??梢苿?dòng)的光束分流器鏡使分散的PL發(fā)射能夠定向到兩個(gè)探測器中的任何一個(gè)。
*吲哚菁綠(Indocyanine green)為診斷用藥。是用來檢查肝臟功能和肝有效血流量的染料藥。
靜脈注入體內(nèi)后,立刻和血漿蛋白結(jié)合,隨血循環(huán)迅速分布于全身血管內(nèi),高效率、選擇地被肝細(xì)胞攝取,又從肝細(xì)胞以游離形式排泄到膽汁中,經(jīng)膽道入腸,隨糞便排出體外。外周靜脈注入吲哚菁綠后,動(dòng)脈、靜脈將在 5-50 秒內(nèi)先后顯影,腎臟在 1 分鐘內(nèi)顯影,肝臟在 2 分鐘內(nèi)顯影。在特定的手術(shù)中,該技術(shù)對(duì)比術(shù)中冰凍活檢、術(shù)中影像學(xué)檢查等輔助技術(shù),將節(jié)省大量手術(shù)時(shí)間。
圖2:“IcG光致發(fā)光”實(shí)驗(yàn)裝置,用于比較用TEC制冷BLAZE HR傳感器和液氮制冷線性InGaAs陣列獲得的原子發(fā)射燈光譜。
Teledyne Princeton Instruments LightField?軟件用于控制系統(tǒng)操作和數(shù)據(jù)采集。使用兩臺(tái)相機(jī)獲取PL光譜,允許調(diào)整積分時(shí)間以產(chǎn)生相同的相對(duì)強(qiáng)度。HR傳感器的積分時(shí)間為15秒,InGaAs陣列的積分時(shí)間為100秒。為了消除儀器對(duì)光譜數(shù)據(jù)的不必要影響,使用Teledyne Princeton Instruments IntelliCal?校準(zhǔn)系統(tǒng)和NIST可溯源石英鹵鎢燈(QTH)進(jìn)行了強(qiáng)度校準(zhǔn)。
圖3顯示了兩個(gè)探測器產(chǎn)生的光譜之間的良好相關(guān)性。然而,HR傳感器能夠提供約6.6倍(積分時(shí)間100/15)的靈敏度,同時(shí)產(chǎn)生的光譜背景噪聲顯著降低。因此,新的BLAZE探測器將允許研究人員檢測超低濃度的IcG,并在組織內(nèi)進(jìn)行更復(fù)雜的功能光譜分析。
圖3:使用HRS光譜儀(配置有-75°C的HR傳感器和-100°C的LN冷卻線性InGaAs陣列)獲取IcG的歸一化PL光譜。HR傳感器和InGaAs陣列的積分時(shí)間分別為15秒和100秒。該實(shí)驗(yàn)使用了Teledyne Princeton Instruments SpectraPro HRS-300光譜儀,使用在1000 nm閃耀的600 g/mm光柵。數(shù)據(jù)由美國麻省理工學(xué)院Bawendi Group提供。
實(shí)驗(yàn)三:
圖4顯示了使用BLAZE HR傳感器獲得的環(huán)己烷拉曼光譜(約150至3000 cm-1)。使用500 mW、785 nm的激光在環(huán)己烷樣品中產(chǎn)生拉曼散射。透鏡收集并準(zhǔn)直拉曼散射光,然后通過瑞利濾波器抑制激光輻射。光譜儀將拉曼散射分光到HR傳感器上進(jìn)行檢測和分析。HR傳感器卓越的量子效率能夠快速檢測3000 cm-1(1026 nm)的拉曼信號(hào)。
圖4:使用785 nm激光激發(fā)獲得的環(huán)己烷拉曼光譜(150至3000 cm-1),配置有TEC制冷至-95°C的HR傳感器的BLAZE照相機(jī),以及500 nm閃耀的300 g/mm光柵的SpectraPro HRS-300光譜儀。
審核編輯黃宇
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