Hyperspectral and Nanosecond Temporal Resolution Widefield Infrared Photothermal Heterodyne Imaging
Hyperspectral and Nanosecond Temporal Resolution Widefield Infrared Photothermal Heterodyne Imaging
复制标题
高光谱和纳秒时间分辨率宽场红外光热外差成像
DOI：
10.1021/acsphotonics.3c00559
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发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
7
通讯作者：
Kuno, Masaru
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Kniazev, Kirill;Zaitsev, Evgenii;Zhang, Shubin;Ding, Yang;Ngo, Loc;Zhang, Zhuoming;Hartland, Gregory V.;Kuno, Masaru
无标记、键选择性成像为化学、生物学和材料科学的基础和应用研究提供了新的机会。阻止其更广泛地应用于调查空间拥挤的标本是与低灵敏度以及低空间和时间分辨率有关的问题。在这里，我们展示了一种宽视场，中红外（MIR）光热成像技术，称为宽视场红外光热外差成像（WIR-PHI），大规模并行化的MIR吸收数据的采集，通过使用高速互补金属氧化物半导体相机。wIR-PHI具有显着的特点，包括：空间分辨率显着低于MIR衍射极限，高光谱成像能力，高灵敏度，和100 ns的时间分辨率。前两个特点突出了近端接近聚（甲基丙烯酸甲酯）（PMMA）和聚苯乙烯（PS）纳米粒子的高光谱成像，其中明确的，键特异性成像的纳米粒子，分离小于MIR衍射极限，证明。通过对半径在r = 97-556 nm之间的单个PMMA和PS纳米颗粒进行成像来突出灵敏度。这导致电流峰吸收截面检测限为σabs= 1.9 × 10- 16 cm 2。wIR-PHI的100 ns的时间分辨率同时证明，通过观察在一个200-6200 ns的时间尺度上的单个纳米粒子的光热对比度的衰减。总的来说，wIR-PHI在采集速度上的显著提高为未来重要化学、生物和材料过程的MIR动力学成像和光谱研究提供了机会。
Label-free, bond-selective imaging offers new opportunities for fundamental and applied studies in chemistry, biology, and materials science. Preventing its broader application to investigating spatially- congested specimens are issues related to low sensitivity as well as low spatial and temporal resolution. Here, we demonstrate a widefield, mid-infrared (MIR) photothermal imaging technique, called widefield Infrared Photothermal Heterodyne imaging (wIR-PHI), that massively parallelizes acquisition of MIR absorption data through use of a high-speed complementary metal-oxide-semiconductor camera. wIR-PHI possesses notable features that include: spatial resolution significantly below the MIR diffraction limit, hyperspectral imaging capabilities, high sensitivity, and ∼100 ns temporal resolution. The first two features are highlighted by hyperspectral imaging of proximally close poly(methyl methacrylate) (PMMA) and polystyrene (PS) nanoparticles where clear, bond-specific imaging of nanoparticles, separated by less than the MIR diffraction limit, is demonstrated. Sensitivity is highlighted by imaging individual PMMA and PS nanoparticles with radii betweenr= 97–556 nm. This leads to a current, peak absorption cross-section limit-of-detection of σabs= 1.9 × 10–16cm2. wIR-PHI’s 100 ns temporal resolution is simultaneously demonstrated by observing the decay of photothermal contrast on individual nanoparticles on a ∼200–6200 ns timescale. In whole, wIR-PHI’s dramatic increase in acquisition speed opens opportunities for future MIR kinetic imaging and spectroscopic studies of important chemical, biological, and material processes.
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DOI：
10.1117/12.2545159
发表时间：
2020
期刊：
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影响因子：
--
作者：
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通讯作者：
Kuno, Masaru K.