Espectrómetro de fluorescência polarizada circular

Na ciência dos materiais (regulação do desempenho da luminosidade da microestrutura de nanoestrutura manual), química (transmissão manual de agregação de microregiões), biomedicina (imagem de sonda de mão intracelular) e dispositivos fotoeletrônicos (desenvolvimento de matrizes CP-OLED em microescala), amostras de luminosidade manual (como matrizes de nanocristais de perovskite manual, sondas CPL direcionadas intracelulares, microagregados de pequenas moléculas orgânicas, unidades de luminosidade CP-OLED em microescala) muitas vezes apresentam uma significativa heterogeneidade espacial e evolução dinâmica do estado de agregação, suas propriedades centrais não dependem apenas da configuração molecular, mas também estão estreitamente ligadas ao modo de agregação e interface em microescala. As técnicas tradicionais de fluorescência polarizada círcula ou caracterização bicolor círcula só podem obter informações de macro ou unidimensional, o que dificulta a análise das leis e mecanismos de ação da luminosidade manual no nível microrreal. (Referência: Yeom et al., Advanced materials, 2020,32(1):e1903878)

Figura 1. Formação e caracterização das superpartículas manuais

Qualquer técnica de caracterização manual que não tenha resolução espacial tem a limitação de perder informações microrregionais, refletindo apenas as propriedades médias da amostra e incapaz de capturar as principais características manuais em nanoescala. Por exemplo, a intensidade luminosa total da microzona mensurável pelo espectro de fluorescência comum, mas não é capaz de distinguir a diferença de polarização do círculo esquerdo / direito, não é possível obter o valor de glum da microzona, é difícil julgar a pureza manual de um único nanocristal; Embora o espectro de fluorescência de polarização macrocírcula possa medir o valor global de glum, não é capaz de localizar "pontos quentes" de luminosidade manual (como a área de alta glum de uma determinada microregião em uma matriz de perovskite), não é capaz de explicar o efeito da heterogeneidade da microregião no desempenho global; Espectro ECD pode caracterizar a manualidade de estado molecular, mas não pode associar a alteração da manualidade do estado de excitação microrregional (como a relaxação da configuração do estado de excitação após a ligação da sonda intracelular ao órgão celular), e a manualidade do estado de excitação microrregional é o núcleo do dispositivo de microCPL e da imagem biodirecionada; Espectroscopia de fluorescência transitória pode medir a vida do estado de excitação, mas não pode localizar a relação de acoplamento espacial entre a vida e o estado de polarização, não pode revelar o mecanismo dinâmico da luminosidade manual da microzona - isso requer o espectrómetro de fluorescência polarizada microcírcula, através de sua resolução espacial de nível de mícrons / submicrônicos, bloquear com precisão o sinal manual da microzona, preencher o espaço na caracterização da luminosidade manual na escala de nano, ampliação Z e complementaridade de outras tecnologias.

Na área de detecção de fluorescência de polarização microcírcula, os sistemas modernos muitas vezes integram o caminho óptico confocal + módulo de regulação in situ + coleta sincronizada multimodal (obtenção sincronizada de dados de imagem de microzona CPL, fluorescência total e campo aberto), separando o sinal L-CPL / R-CPL da microzona por meio de moduladores fotoeletrônicos de alta precisão (PEM), combinando objetos de abertura numérica elevada com foco em uma microzona específica (por exemplo, nanocristais manuais individuais, lisosomas intracelulares), para garantir a coleta de dados luminescentes manuais da microzona sob um sistema de coordenadas espaciais unificados, evitando a perda de informações da microzona causada pela "uniformização" na detecção macrológica tradicional e o desvio do sinal causado pelo deslocamento da amostra na detecção passo a passo. Este design integrado não só pode inibir a dupla refração linear da microregião, a heterogeneidade da fluorescência local e outros pseudo-aparelhos (como a interferência de polarização desigual da microregião da borda da película fina manual), mas também pode analisar o mecanismo de acoplamento da microregião manual e do estado de agregação e do efeito da interface através de monitoramento dinâmico (como a mudança do CPL no processo de agregação da microregião induzida pela temperatura), fornecendo uma base direta para a preparação precisa de nanomateriais manuais (como a uniformidade do tamanho do nanocristal regulado), otimização do desempenho da microregião de dispositivos CPL em miniatura (como a modificação da interface da unidade luminosa), ao mesmo tempo que estabelece a base metodológica para revelar as leis de distribuição dinâmica da sonda manual intracelular e o efeito da heterogeneidade da microregião sobre o desempenho do dispositivo.

O valor central do espectrómetro de fluorescência de polarização microcírcula não está apenas na sinergia de "microresolução + detecção de polarização círcula", mas também no acoplamento profundo e análise inteligente de informações espaciais microrregionais e dados de luminosidade manual. Essa fusão rompeu os limites da "média macro" "ilha de dados" na caracterização manual tradicional e alcançou a análise dupla de "localização espacial + quantificação de desempenho" de sistemas de luminosidade adversários através da construção de um modelo de associação de escala transversal de "configuração molecular - estado de agregação microrregional - desempenho CPL local". Especialmente no contexto do rápido desenvolvimento da inteligência artificial e da aprendizagem profunda, os dados CPL de microregiões de grande fluxo gerados pelo sistema (como o mapa de distribuição de glum de diferentes microregiões, a curva de evolução dinâmica) combinados com algoritmos de aprendizagem profunda podem alcançar a triagem de alto fluxo de nanomateriais manuais (reconhecimento rápido de microregiões de alto glum), o posicionamento inteligente de sondas manuais intracelulares, rompendo o paradigma de pesquisa e desenvolvimento existente de "macro-teste e erro" e promovendo a pesquisa científica manual para uma nova fase de "resolução espacial + orientação de dados".

Caso de aplicação:

1. Fluorescença in situ + polarização círcula + resolução angular + associação de condução espacial caracteriza as características luminosas da borda da película fina GaSe

A combinação da tecnologia de polarização círcula (CPL) com o mapeamento espacial permite revelar em profundidade as características de distribuição e as leis de mudança do fator g em diferentes locais espaciais no sistema de materiais. Este método de medição, geralmente conhecido como mapeamento CPL ou mapeamento de fator g, é um importante avanço na atual intersecção da óptica manual com a tecnologia de imagem de resolução espacial. Em combinação com o módulo de detecção de polarização círcula por meio de microimagem, é possível obter imagens de distribuição espacial do tamanho do fator g na superfície de uma amostra em escala de mícrons ou até mesmo nanometros, criando um mapa bidimensional "g(x, y)". Este mapa revela desigualdades manuais locais no material devido à orientação de cristalização, acumulação molecular, distorção manual, indução de defeitos ou processo de auto-montagem, e reflete a relação de acoplamento espacial estrutural-responsa luminosa manual no sistema. Por exemplo, em cristais orgânicos manuais, membranas de cristal líquido ou fibras supermoleculares, os valores de g em diferentes regiões podem mudar significativamente devido a diferenças de arranjo microscópico, formando domínios manuais; Sob efeitos externos (como cortes, campos elétricos, campos luminosos), essa distribuição espacial também pode ser regulada ou reconstruída. O mapeamento CPL não é usado apenas na pesquisa básica para entender a composição de materiais manuais, mas também em aplicações como criptografia óptica, exibição polarizada e etiquetagem antifalsificação, com um importante potencial de transporte e decodificação de informações espaciais, é um importante apoio técnico para a pesquisa de regulação espacial de materiais fotofuncionais manuais. (Referência: Hsu et al., Physical Review B, 2015, 91(19):1953–12.)

Figura 2. Resultados do mapeamento CPL de filmes de GaSe bidimensionais. a) Esboços para ensaios de polarização. (b) Para a imagem CPL de uma película de GaSe em um dos ROI, a mancha central na imagem é a mancha de excitação e a fluorescência gerada é coletada ao longo da condução plana para a borda. c) Distribuição espacial da intensidade da CPL obtida a partir da alínea b) na superfície da amostra. d) Direção de polarização em cada posição de emissão de luz na superfície da amostra e cálculo automático da polarização linear obtida pelo sistema;

2. Fluorescença in situ + polarização círcula + resolução angular associada medição orientação VCSEL R & D

A combinação da polarização círcula (CPL) com a tecnologia de espectroscopia de distinção angular permite uma análise sistemática das características manuais da emissão de luz em diferentes ângulos de emissão e diferentes direções de impulso de fótons, revelando assim a dependência do fator g com a orientação da emissão de luz. Geralmente conhecido como CPL Angular Resolved (AR-CPL), o método tem a ideia central de usar o ângulo de emissão como variável para construir um mapa de distribuição de valores g no espaço angular, ou seja, no espaço de momentum de fótons, medindo com precisão a intensidade da emissão de luz de rotação esquerda e direita em diferentes direções de emissão. Em comparação com a tecnologia CPL de pontuação tradicional, o AR-CPL não só fornece informações manuais de emissão, mas também reflete a falta de simetria no espaço do estado de excitação interno do material, a direção do dipolo de emissão e a relação entre a luminosidade manual e o heterossexual da estrutura.

Figura 2. Propriedades do laser InGaAs do laser VCSEL do infravermelho próximo [3]

Além disso, se o eixo de energia (comprimento de onda ou frequência) é introduzido com base na resolução angular, é possível desenhar um mapa de distribuição do fator g em um espaço bidimensional (espaço de fase k-E) composto por momentos de fótons (k) e energia de fótons (E), ou seja, um mapa g (k, E). Esses mapas permitem que os pesquisadores acompanhem simultaneamente as características de acoplamento da direção da luminosidade, do comportamento de dispersão e da intensidade da mão, revelando a origem da seletividade da mão em diferentes estados energéticos. Por exemplo, em estruturas como cristais fotônicos, estruturas metálico-orgânicas (MOFs), microcavidades manuais, sistemas de excitadores-polarizadores, onde padrões de emissão de luz em diferentes ângulos e energias podem ter propriedades de polarização diferentes, o AR-CPL pode ser usado para determinar quais estados de excitação têm uma forte capacidade de emissão manual e quais padrões apresentam comportamentos de flip manual ou reforço de ressonância.

Além disso, o método também pode ser usado para validar a distribuição do abismo do estado de emissão manual prevista em cálculos teóricos, avaliar a sinergia do momento dipolar de emissão no espaço real e no espaço de impulso, e observar fenômenos de ponta como o acoplamento spin-orbital e o comportamento de excitação manual. A pesquisa de CPL de distinção angular não só fornece meios de caracterização multidimensional espacial-energético-manual para o mecanismo de luminosidade do material, mas também estabelece a base teórica e técnica para o projeto de dispositivos luminosos manuais com seletividade direcional, capacidade de regulação espacial de impulso e alta saída de fator g, especialmente em áreas como laser polarizado circular, comunicação óptica manual e codificação de informações quânticas. (Referência: Hsu et al., Phys. Rev. B, 91, 1953–12 (2015))

Fluorescença polarizada círcula + análise de resolução temporal de parâmetros de Stokes completos e dependência dinâmica do fator g com a evolução do estado de excitação

A combinação da caracterização da polarização círcula (CPL) com a resolução temporal transitória de banda larga e a análise de polarização de todo Stokes permite a análise sistemática das propriedades manuais e componentes de polarização de materiais luminescentes adversários em diferentes escalas de tempo, diferentes energias (comprimentos de onda), revelando assim a dependência dinâmica do fator de assimetria luminescente (glum) com a evolução do estado de excitação. O método é chamado de medição Time-Resolved Full-Stokes CPL (TR-FS-CPL), cuja ideia central é usar o "atraso do tempo" como variável crítica, controlar com precisão a janela de tempo (largura mínima da porta de 2 ns até a faixa máxima de 2 ms) através de um CCD aprimorado com controle eletrônico da porta (ICCD), capturar sincronicamente as diferenças de intensidade da polarização cíclica esquerda (LCP) e da polarização cíclica direita (RCP) sob diferentes atrasos de tempo, ao mesmo tempo separando os componentes de polarização linear (S1: polarização linear de 0°/90°, S2: + 45°/-45°), e finalmente construir um mapa de distribuição dinâmica de glum no espaço bidimensional tempo-energia (t-E). Em comparação com a tecnologia convencional de CPL de estado estático, que só obtém valores estáticos de glum, a CPL de distinção temporal tradicional (TRCPL) precisa equilibrar os limites de sensibilidade e largura de banda, o TR-FS-CPL não só fornece informações sobre a intensidade da luminosidade manual e a pureza da polarização, mas também reflete a dinâmica temporal da relaxação do estado de excitação interno do material, a eficiência da transmissão manual de diferentes estados de energia (como o estado central do ligante, o estado de alta excitação de íons metálicos) e a fronteira de distinção entre a falsificação do CPL induzida pela polarização linear e o sinal manual real.

Figura 3. Espectro vetorial de Stokes completo para resolução de estágio e tempo de banda larga de corantes não manuais padrão em soluções aquáticas de baixa e alta viscosidade

Além disso, se a cobertura espectral de banda larga (400-900 nm) é mantida com base na resolução temporal e na polarização total de Stokes, é possível desenhar um mapa holográfico de glum em um espaço tridimensional composto por "atraso temporal (t)- energia fotônica (E)- estado de polarização (S1 / S2 / S3)", ou seja, um mapa de glum (t, E, S). Esses mapas permitem que os pesquisadores acompanhem simultaneamente a evolução do tempo da luminosidade, o comportamento de dispersão de energia e as características de acoplamento dos estados de polarização (incluindo a manualidade), revelando a origem e as mudanças dinâmicas das atividades manuais em diferentes estados de excitação. Por exemplo, no complexo Eu [(+)-facam]3, TR-FS-CPL pode distinguir a diferença manual entre o estado LC (vida de 13 ns, sem atividade CPL) e o estado de alta excitação 5D1 → 7F2 (vida de 130 ns, |glum|≈0,2), claramente a transferência manual do ligando para o metal é realizada através da transferência de energia do estado excitado; Em tintura de fluorescência atrasada por ativação térmica manual (TADF) (R / S-BPC), a dinâmica manual da luminescência transitória (23 ns, glum≈ ± 1,8 x 10-³) e da luminescência atrasada (18 μs, estabilidade de glum consistente) pode ser quantificada sincronicamente, demonstrando que o processo de fluorescência atrasada não perturba a manualidade molecular; Em Rodamina B não manual, também é possível evoluir através do tempo do componente de polarização de linha S1/S2, retraçando a polarização de linha induzida por CPL pseudografía (S3) e sua associação com a dinâmica de rotação molecular (depolarize dentro de 10 ns).

Além disso, o método também pode ser usado para validar os caminhos de relaxação manual estimulada previstos em cálculos teóricos, avaliar a eficiência da transmissão de sinais manuais em diferentes canais de energia e escalas de tempo, como "ligando-metal" e "transiente-atraso", e observar fenômenos de ponta como a conservação manual estimulada de curta vida e a decadência dinâmica da pseudopolarização linear. O estudo CPL Full Stokes não só fornece a caracterização multidimensional "tempo-energia-polarização-manuais" para o mecanismo de excitação de materiais luminosos manuais, mas também estabelece a base teórica e técnica para o projeto de dispositivos luminosos manuais com seletividade de janela temporal, capacidade de regulação de canal de energia e baixa saída de alta glum de pseudo-sombra, especialmente em diodos luminosos orgânicos polarizados circulares (CP-OLED), sondas de bioimagem manuais e fontes de fótons manuais no campo da informação quântica. Através dessa tecnologia, os pesquisadores podem selecionar com precisão materiais luminescentes manuais de alta estabilidade (como a estabilidade no tempo de glum dos corantes TADF), otimizar as vias de transferência de energia no estado excitado (como a eficiência da sensibilização dos ligantes do complexo Eu³+) e fornecer esquemas de caracterização padronizados para resolver problemas de interferência de pseudografía em medições de CPL tradicionais, impulsionando a transformação de materiais fotoeletrônicos manuais da pesquisa básica para aplicações práticas.

(Referência: Reponen et al., Nature. 2025 Jul; 643(8072):675-682.)