КОМПЬЮТЕРНО-ОПОСРЕДОВАННЫЕ МЕТОДЫ МИКРОСКОПИИ ПЛОСКОСТНОГО (ПЛАНАРНОГО) ОСВЕЩЕНИЯ (SPIM, MSPIM, MUVISPIM И PIV- / LDV- / LDA- / LDF-ИНСПИРИРОВАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НА БАЗЕ МНОГООБЪЕКТИВНЫХ УСТАНОВОК SPIM-ПОДОБНОЙ ГЕОМЕТРИИ) КАК НОВЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДИНАМИЧЕСКОГО А
(Стр. 17-24)
Подробнее об авторах
Градов Олег Валерьевич
research fellow, Photobionics Laboratory (0412), Department of Dynamics of Biological and Chemical Processes; senior researcher / senior research fellow, Laboratory of Biological Effects of Nanostructures (005)
Институт химической физики им. Н.Н. Семенова Российской Академии наук; Институт энергетических проблем химической физики Российской Академии наук им. В.Л. Тальрозе Орехов Фёдор Константинович отдел динамики химических и биологических процессов
Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН
Институт химической физики им. Н.Н. Семенова Российской Академии наук; Институт энергетических проблем химической физики Российской Академии наук им. В.Л. Тальрозе Орехов Фёдор Константинович отдел динамики химических и биологических процессов
Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН
Нажимая на кнопку купить вы соглашаетесь с условиями договора оферты
Аннотация:
Предлагается новая идеология объемной визуализации потоков сверхкритических флюидов при использовании установок с несколькими объективами (мультиобъективная микроскопия) в геометриях SPIM, MSPIM, MuViSPIM и им подобных. Измерения производятся в термохимически-стойких трубках / колонках / капиллярах, прозрачных для используемого диапазона излучений. Несмотря на то, что, по определению, сверхкритические флюиды, обладая достаточно высокой плотностью (как в жидкости) и низкой вязкостью, при отсутствии межфазной границы, не характеризуются наличием поверхностного натяжения, имеется ряд технических приемов, базирующихся на внедрении микрогетерогенных сред, а также диспергированных терморезистентных флуоресцентных меток в носитель в количествах, при которых существенного вклада в термические и аддитивно трактуемые физико-химические свойства и характеристики сверхкритической жидкости агент визуализации не вносит. Используя цейтраферные / time-lapse-техники регистрации с достаточными временами интегрирования и строя векторные поля с трассированием (отслеживанием траекторий) одиночных частиц и реконструкцией их характеристик c использованием математических принципов и алгоритмов оптической велосиметрии движения частиц в потоке (в особенности - PIV - Particle Image Velocimetry), возможно отслеживать динамику флюидов в отслеживаемом объеме в 3D-поле зрения мультиобъективной установки с достаточным временным и пространственным разрешением. Аннотируется применимость двух-, трех- и четырехобъективных конфигураций в описанном принципе измерений. Указывается на препятствие к внедрению подобных методов, заключающееся в существенном финансировании, необходимом для закупок необходимого числа специализированных объективов. Предлагается ряд качественно новых более дешевых схем, в частности - замена множества объективов в единой плоскости на вращаемый в этой плоскости один объектив, что заимствовано из более ранней разработки авторов, GMCC_CCI (Goniometric Microscopy in Cylindrical Coordinates for Chromatographic Col- umn Imaging). При внедрении дополнительной схемы, обеспечивающей многоугловое позиционирование плоскости, в которой вращаются тубус и объектив, система преобразуется в многоосную, аналогичную MAGMCC_CCI (Multi-Axis Goniometric Microscopy in Cylindrical Coordinates for Chromatographic Column Imaging). Гибридизация методов велосиметрии и микроск пии, подобная имплементациям данного подхода, реализуемым в «microPIV» (на флюидном чипе), может быть реализована и в SPIM-подобных системах, когда чип может быть размещен между объективами и рассматриваться с нескольких сторон, а материал и геометрия чипа в целом не вносят оптических аберраций и иных артефактов в результирующее изображение и результат его обработки вышеуказанными алгоритмами.
Образец цитирования:
Градов О.В., Орехов Ф.К., (2018), КОМПЬЮТЕРНО-ОПОСРЕДОВАННЫЕ МЕТОДЫ МИКРОСКОПИИ ПЛОСКОСТНОГО (ПЛАНАРНОГО) ОСВЕЩЕНИЯ (SPIM, MSPIM, MUVISPIM И PIV- / LDV- / LDA- / LDF-ИНСПИРИРОВАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НА БАЗЕ МНОГООБЪЕКТИВНЫХ УСТАНОВОК SPIM-ПОДОБНОЙ ГЕОМЕТРИИ) КАК НОВЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДИНАМИЧЕСКОГО А. Computational nanotechnology, 4 => 17-24.
Список литературы:
Cortes H.J., Green L.S., Campbell R.M. On-line coupling of supercritical fluid extraction with multidimensional microcolumn liquid chromatography / gas chromatography // Anal. Chem. 1991. Vol. 63. No. 23. Рp. 2719-2724.
Borra C., Andreolini F., Novotny M. Use of capillary supercritical fluid chromatography and microcolumn liquid chromatography for the determination of nonvolatile organics in aqueous environmental samples // Anal. Chem. 1989. Vol. 61. No. 11. Рp. 1208-1210.
Kazarian S.G., Chan K.L. Confocal Raman microscopy of supercritical fluid dyeing of polymers // Analyst. 2003. Vol. 128, No. 5. Рp. 499-503.
Wang Y., Yang C., Tomasko D. Confocal Microscopy Analysis of Supercritical Fluid Impregnation of Polypropylene // Ind. Eng. Chem. Res. 2002. Vol. 41. Рp. 1780-1786.
Arey B.W. et al. Identification of fragile microscopic structures during mineral transformations in wet supercritical CO2// Micros. Microanal. 2013. Vol. 19. Рp. 268-275.
Cella Zanacchi F. et al. Live-cell 3D super-resolution imaging in thick biological samples // Nat. Meth. 2011. Vol. 8, No. 12. Рp. 1047-1049.
Krieger J.W. et al. Dual-color fluorescence crosscorrelation spectroscopy on a single plane illumination microscope (SPIM-FCCS) // Opt. Expr. 2014. Vol. 22. Рp. 2358-2375.
Thompson W.R., Geery E.L. Heat Transfer to Cryogenic Hydrogen at Supercritical Pressures // Adv. Cryogen. Engin. 1962. Vol. 7. Рp. 391-400.
Chen I.M., Anderson R.E. A Thermal Stratification Model of a Cryogenic Tank at Supercritical Pressures // Adv. Cryogen. Engin. 1972. Vol. 17. Рp. 475-486.
Ashraf-Khorassani M., Houck R.K., Levy J.M. Cryogenically Cooled Adsorbent Trap for Off-Line Supercritical Fluid Extraction // Journ. Chromatogr. Sci. 1992. Vol. 30, No. 9. Рp. 361-366.
Branam R., Mayer W. Length scales in cryogenic injection at supercritical pressure // Experiments in Fluids. 2002. Vol. 33, No. 3. Рp. 422-428.
Branam R., Mayer W. Characterization of Cryogenic Injection at Supercritical Pressure // Journal of Propulsion and Power. 2003. Vol. 19, No. 3. Рp. 342-355.
Kim T., Kim Y., Kim S.-K. Numerical study of cryogenic liquid nitrogen jets at supercritical pressures // Journ. Supercrit. Fluids. 2011. Vol. 56, No. 2. Рp. 152-163.
Terashima H., Koshi M. Strategy for simulating supercritical cryogenic jets using high-order schemes // Computers & Fluids. 2013. Vol. 85. Рp. 39-46.
Hendricks R.C., Boldman D.R., Neumann H.E., Vlcek B.L. Qualitative Investigation of Cryogenic Fluid Injection Into a Supersonic Flow Field // Adv. Cryogen. Engin. 1990. Vol. 35. Рp. 469-476.
Rogers T.L., Johnston K.P., Williams R.O. Solution-based particle formation of pharmaceutical powders by supercritical or compressed fluid CO_2 and cryogenic spray-freezing technologies // Drug Dev. Ind. Pharm. 2001. Vol. 27, No. 10. Рp. 1003-1015.
Lemenovskij D.A. et al. // Priroda [Nature]. 2006. № 6. [in Russian, electronic resource].
Gradov O.V. Experimental Setups for Ozonometric Microscopy // Biomedical Engineering. 2013. Vol. 46, Is. 6. Рp. 260-264.
Oganessian V.A., Notchenko A.V., Gradov O.V. Multispectral topological laser speckle analyzers of proliferation and differentiation activity during morphogenesis based on tunable laser diodes and spectrometric fingerprinting of the cell cycle stages // Journal of Physical Chemistry & Biophysics. 2015. Vol. 5. No. 3. Р. 75.
Gradov O.V., Notchenko A.V., Oganessian V.A. The neurogoniometry: Applied optical analysis for neural structure directogramm/ radiation pattern measurements // Optics. 2016. Vol. 4. No. 6. Рp. 37-42.
Notchenko A.V., Oganessian V.A., Gradov O.V. A novel tunable laser diode microrefractometric and goniometric spectrotomography based on multiaxis robotized feodorov stage and the multi-wavelength spectrorefrctometric technology of the data analysis // II Int. Conf. PhysTech-Med 2015: Physics of Living Systems. MIPT. 2015. Рp. 10-11.
Gradov O.V., Skrynnik A.A., Notchenko A.V., Oganessian V.A. Label-free angle-selective molecular imaging and spectrorefractometric microtomography-on-a-chip using goniometric stages and tunable laser systems with acousto-optic filters // ADFLIM (12-14.12.2016). The Federal Research Centre «Fundamentals of Biotechnology» of the Russian Academy of Sciences (Research Center of Biotechnology RAS) Moscow, 2016. Р. 4.
Borra C., Andreolini F., Novotny M. Use of capillary supercritical fluid chromatography and microcolumn liquid chromatography for the determination of nonvolatile organics in aqueous environmental samples // Anal. Chem. 1989. Vol. 61. No. 11. Рp. 1208-1210.
Kazarian S.G., Chan K.L. Confocal Raman microscopy of supercritical fluid dyeing of polymers // Analyst. 2003. Vol. 128, No. 5. Рp. 499-503.
Wang Y., Yang C., Tomasko D. Confocal Microscopy Analysis of Supercritical Fluid Impregnation of Polypropylene // Ind. Eng. Chem. Res. 2002. Vol. 41. Рp. 1780-1786.
Arey B.W. et al. Identification of fragile microscopic structures during mineral transformations in wet supercritical CO2// Micros. Microanal. 2013. Vol. 19. Рp. 268-275.
Cella Zanacchi F. et al. Live-cell 3D super-resolution imaging in thick biological samples // Nat. Meth. 2011. Vol. 8, No. 12. Рp. 1047-1049.
Krieger J.W. et al. Dual-color fluorescence crosscorrelation spectroscopy on a single plane illumination microscope (SPIM-FCCS) // Opt. Expr. 2014. Vol. 22. Рp. 2358-2375.
Thompson W.R., Geery E.L. Heat Transfer to Cryogenic Hydrogen at Supercritical Pressures // Adv. Cryogen. Engin. 1962. Vol. 7. Рp. 391-400.
Chen I.M., Anderson R.E. A Thermal Stratification Model of a Cryogenic Tank at Supercritical Pressures // Adv. Cryogen. Engin. 1972. Vol. 17. Рp. 475-486.
Ashraf-Khorassani M., Houck R.K., Levy J.M. Cryogenically Cooled Adsorbent Trap for Off-Line Supercritical Fluid Extraction // Journ. Chromatogr. Sci. 1992. Vol. 30, No. 9. Рp. 361-366.
Branam R., Mayer W. Length scales in cryogenic injection at supercritical pressure // Experiments in Fluids. 2002. Vol. 33, No. 3. Рp. 422-428.
Branam R., Mayer W. Characterization of Cryogenic Injection at Supercritical Pressure // Journal of Propulsion and Power. 2003. Vol. 19, No. 3. Рp. 342-355.
Kim T., Kim Y., Kim S.-K. Numerical study of cryogenic liquid nitrogen jets at supercritical pressures // Journ. Supercrit. Fluids. 2011. Vol. 56, No. 2. Рp. 152-163.
Terashima H., Koshi M. Strategy for simulating supercritical cryogenic jets using high-order schemes // Computers & Fluids. 2013. Vol. 85. Рp. 39-46.
Hendricks R.C., Boldman D.R., Neumann H.E., Vlcek B.L. Qualitative Investigation of Cryogenic Fluid Injection Into a Supersonic Flow Field // Adv. Cryogen. Engin. 1990. Vol. 35. Рp. 469-476.
Rogers T.L., Johnston K.P., Williams R.O. Solution-based particle formation of pharmaceutical powders by supercritical or compressed fluid CO_2 and cryogenic spray-freezing technologies // Drug Dev. Ind. Pharm. 2001. Vol. 27, No. 10. Рp. 1003-1015.
Lemenovskij D.A. et al. // Priroda [Nature]. 2006. № 6. [in Russian, electronic resource].
Gradov O.V. Experimental Setups for Ozonometric Microscopy // Biomedical Engineering. 2013. Vol. 46, Is. 6. Рp. 260-264.
Oganessian V.A., Notchenko A.V., Gradov O.V. Multispectral topological laser speckle analyzers of proliferation and differentiation activity during morphogenesis based on tunable laser diodes and spectrometric fingerprinting of the cell cycle stages // Journal of Physical Chemistry & Biophysics. 2015. Vol. 5. No. 3. Р. 75.
Gradov O.V., Notchenko A.V., Oganessian V.A. The neurogoniometry: Applied optical analysis for neural structure directogramm/ radiation pattern measurements // Optics. 2016. Vol. 4. No. 6. Рp. 37-42.
Notchenko A.V., Oganessian V.A., Gradov O.V. A novel tunable laser diode microrefractometric and goniometric spectrotomography based on multiaxis robotized feodorov stage and the multi-wavelength spectrorefrctometric technology of the data analysis // II Int. Conf. PhysTech-Med 2015: Physics of Living Systems. MIPT. 2015. Рp. 10-11.
Gradov O.V., Skrynnik A.A., Notchenko A.V., Oganessian V.A. Label-free angle-selective molecular imaging and spectrorefractometric microtomography-on-a-chip using goniometric stages and tunable laser systems with acousto-optic filters // ADFLIM (12-14.12.2016). The Federal Research Centre «Fundamentals of Biotechnology» of the Russian Academy of Sciences (Research Center of Biotechnology RAS) Moscow, 2016. Р. 4.
