ランタニド系分子単結晶における光学異方性の研究ツールとしてのハイパースペクトルイメージング
Summary
ここでは、超スペクトルイメージングシステムを用いて、発光ハイパースペクトルイメージングデータを取得し、ランタニド系単結晶の光学異方性の特徴を解析するプロトコルを紹介する。
Abstract
本研究では、発光ランタニド(Ln3+)ベースの分子単結晶の解析におけるハイパースペクトルイメージング(HSI)の新規応用プロトコルについて説明する。代表的な例として、我々は、UV励起の下で明るい可視放出を示すヘテロダイコンニルベース複合体[TbEu(bpm)(tfaa)6](bpm=2,2′-ビピリミジン、tfaa-=1,1,1-トリフルオロアセチルアセトネート)の単結晶を選んだ。6–HSIは、得られた画像の各画素からのスペクトル情報と発光構造の2次元空間イメージングを組み合わせた新たな技術である。具体的には、[Tb-Eu]複合体の単結晶上のHSIは、研究された結晶に沿って異なる点で発光強度の変動を明らかにする局所スペクトル情報を提供した。これらの変化は、結晶中に存在する光学異方性に起因し、これは結晶構造の各方向におけるLn3+イオンの異なる分子パッキングから生じる。本明細書に記載するHSIは、分子材料の分光空間的調査に対するこのような技術の適合性の一例である。しかし重要なことに、このプロトコルは、他の種類の発光材料(ミクロンサイズの分子結晶、無機微粒子、生体組織のナノ粒子、標識された細胞など)に容易に拡張することができ、構造特性関係のより深い調査のための多くの可能性を開くことができます。最終的には、バイオイメージングから、波導管や光電子デバイスなどの技術アプリケーションまで、幅広い用途に向けた先端材料のエンジニアリングに活用される知識を提供します。
Introduction
ハイパースペクトルイメージング(HSI)は、各x-y座標があらゆる種類の分光法、すなわち光発光、吸収および散乱分光1、2、32,3に基づくスペクトル情報を含む空間マップを生成する技術である。1その結果、3次元データの集合(「ハイパースペクトルキューブ」とも呼ばれる)が得られ、x-y座標は空間軸、z座標は分析されたサンプルからのスペクトル情報である。したがって、ハイパースペクトルキューブには空間情報とスペクトル情報の両方が含まれているため、従来の分光法よりも詳細な分光分析を行う。HSIはリモートセンシングの分野(例えば、地質学、食品産業4)で長年知られてきましたが,6,7,、最近ではナノ材料22、5、5または生体医学用アプリケーション用プローブの特性評価のための革新的な技術として登場しました。一般的に言うと、UV/可視/近赤外(NIR)ドメインに限定されるものではなく、例えば異なる材料の元素分布を特徴付けるためにX線などの他の放射線源を使用して拡張することもできます。 8また、光発光マッピングは、単層MoS210の光学特性をプローブするラマンマッピングと組み合わされている。しかし、報告された光学,HSIの用途の中で、ランタニド系材料,11、12、13、14、15、16、17のHSIに関する例はまだごくわずかです。11,12,13,14,151617例えば、組織6における癌の検出、生体組織における光貫通深度の解析7、多重化生物学的イメージング3、ハイブリッド系11における多成分エネルギー移動の解析、およびナノ粒子12の分光特性における凝集誘導変化の調査を挙げられる。明らかに、HSIの魅力は、環境特異的な発光に関する知識を生成し、プローブに関する空間情報とスペクトル情報を同時に提供する適合性から生じます。
この強力な技術を利用して、我々はヘテロ二次核結核3+ -Eu3+単結晶の光学異方性を3+調査するためのプロトコルを記述する [TbEu(bpm)(tfaa)6] (図 1a)13.観察された光学異方性は、異なる結晶学的方向(図1b)におけるLn3+イオンの異なる分子パッキングから生じ、結晶面が明るい状態を示すものもあれば、光発光が薄暗くなるものもある。結晶の特定の面での発光強度の増加は、Ln3+···Ln3+イオン距離は最短の 13 .
これらの結果に動機づけられて、我々はHSIを通じた光学異方性を分析するための詳細な方法論の確立を提案し、特定の分子配置18,19,19に起因するイオンイオンエネルギー伝達プロセスおよび調整可能な発光特性をよりよく理解するための道を開く。これらの構造特性関係は、ナノおよびマイクロスケールでの導波システムおよび光磁気記憶装置を含むが、これに限定されない革新的な光学材料設計のための重要な側面として認識されてきた- より効率的で小型化された光学系20の需要に対処する。
Protocol
Representative Results
Discussion
ここで説明するハイパースペクトルイメージングプロトコルは、サンプルの正確な位置で分光情報を得ることができる簡単なアプローチを提供します。上記の設定を使用すると、空間解像度(xおよびyマッピング)は0.5μmまでまで達し、スペクトル解像度は可視範囲でのマッピングでは0.2 nm、NIR範囲では0.6nmに達することができます。
単一の結晶でハイパース?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者らは、オタワ大学化学生命分子科学科のディラン・エラーラット氏とムラリー・ムルゲス教授に対し、単結晶の提供に対して感謝している。E.M.R.、N.R.、E.H.は、オタワ大学、カナダイノベーション財団(CFI)、カナダ自然科学工学研究評議会(NSERC)が提供する財政支援を感謝しています。
Materials
| Microscope glass slides | FisherBrand | 12-550-15 | Glass slides used for sample preparation |
| Visible and Near Infrared Hyperspectral Confocal Imager | PhotonETC | Microscope used for the analysis, builted according to the user needs, therefore it is no catalog number |
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