熒光壽命顯微成像(Fluorescence lifetime imaging microscopy,FLIM)是熒光壽命測量和熒光顯微技術(shù)的結(jié)合,熒光壽命顯微成像具有高特異性、高靈敏度、可定量測量微環(huán)境變化和分子間相互作用、不受探針濃度、激發(fā)光強度和光漂白影響等優(yōu)點。在過去的十年中,光學(xué)技術(shù)硬件和軟件、材料科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)的迅速發(fā)展,共同促進(jìn)了FLIM技術(shù)及其應(yīng)用的巨大進(jìn)步。熒光壽命成像(FLIM)對細(xì)胞信號傳導(dǎo)及調(diào)控,蛋白間的相互作用等生物研究發(fā)揮著很大作用。熒光壽命成像具有200 nm的空間分辨率和皮秒量級的時間分辨率。上海單分子熒光壽命成像研發(fā)
熒光壽命成像技術(shù)(Fluorescence Lifetime ImagingMicroscopy,F(xiàn)LIM)是一種在顯微尺度下展現(xiàn)熒光壽命空間分布的技術(shù),由于其不受樣品濃度影響,具有其他熒光成像技術(shù)無法代替的優(yōu)異性能,目前在生物醫(yī)學(xué)工程、光電半導(dǎo)體材料等領(lǐng)域是一種重要的表征測量手段。熒光和熒光壽命:分子包含多個單能態(tài)S0、S1、S2…和三重態(tài)T1…,每個能態(tài)都包含多個精細(xì)的能級。正常情況下,大部分電子處在*低能態(tài)即基態(tài)S0 的*低能級上,當(dāng)分子被光束照射,會吸收光子能量,電子被激發(fā)到更高的能態(tài)S1 或S2 上,在S2 能態(tài)上的電子只能存在很短暫的時間,便會通過內(nèi)轉(zhuǎn)換過程躍遷到S1 上,而S1 能態(tài)上的電子亦會在極短時間內(nèi)躍遷到S1 的*低能級上,而這些電子會存在一段時間后通過震蕩弛豫輻射躍遷到基態(tài),這個過程會釋放一個光子,即熒光。此外,亦會有電子躍遷至三重態(tài)T1 上,再由T1 躍遷至基態(tài),我們稱之為磷光?;瘜W(xué)熒光壽命成像哪家好熒光壽命成像技術(shù)有兩種:時間域和頻率域。
熒光壽命是熒光基團在通過發(fā)射熒光光子返回基態(tài)之前在其激發(fā)態(tài)下保持平均多長時間的量度。不同熒光基團激發(fā)態(tài)停時間不同,大多數(shù)生物熒光素的熒光壽命時間在 0.2 - 20 ns。熒光壽命檢測經(jīng)典方法為點對點的時間相關(guān)單光子計數(shù)(TCSPC),但由于過去檢測硬件的局限和復(fù)雜的使用而沒有被普遍地應(yīng)用于科學(xué)研究。隨著技術(shù)的發(fā)展,在顯微鏡視野內(nèi)進(jìn)行超快速全像素?zé)晒鈮勖盘柌杉臒晒鈮勖上癯蔀榭赡?。熒光壽命成像提供了壽命分布的二維圖形視圖。該圖形視圖使任何觀察者都能快速區(qū)分和分離FLIM圖像中的不同壽命種群。相量FLIM分布的解釋很簡單。因為每個物種都有特定的相量,所以可以在單個像素內(nèi)解析多個分子物種。相量圖如何生成?當(dāng)使用時間分辨單光子計數(shù)(TCSPC)系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)時,相量FLIM分布是從傅立葉變換中得出的(Digman等,2008)。圖像中的每個像素對應(yīng)于相量圖中的一個點。
熒光壽命成像在生物醫(yī)學(xué)研究和臨床診斷應(yīng)用中的許多場合都對多光譜分辨提出特殊要求,如在FRET測量中,要求能同時測量供體和受體的熒光強度隨時間的衰減,多光譜分辨的熒光壽命成像提供了一種新的定量研究手段.目前,基于門控像增強器的多光譜寬場FLIM 技術(shù)一次只能獲得至多兩個譜段的熒光壽命圖像,而基于TCSPC的多光譜分辨FLIM的成像速度又很低,這些都限制了其應(yīng)用范圍.目前的一個研究方向是,發(fā)展光譜分辨率高、成像速度快、價格低廉的多光譜分辨熒光壽命成像顯微技術(shù)。熒光壽命可以在頻域或者時間域測量。
熒光壽命成像可以提供熒光強度(光子數(shù))和光子壽命的空間分布,具有200 nm的空間分辨率和皮秒量級的時間分辨率。通過雙光子激發(fā)(結(jié)合飛秒脈沖和共焦顯微鏡)可以直接檢測熒光和時間分辨的熒光壽命。這種無損檢測技術(shù),無需解剖或?qū)iT制造分層樣品,不但可在樣品表面,還可在樣品表面以下實現(xiàn)深度解析測量。特別適用于新材料、光子學(xué)、光伏、光催化、生物材料、納米材料和納米復(fù)合材料以及其相關(guān)的原理探究和設(shè)計優(yōu)化。熒光壽命成像圖像中每一個像素點在phasor圖上都有一個對應(yīng)的點。因此我們可以獲取每個像素點的壽命信息,也可以獲知每一壽命所對應(yīng)的圖像區(qū)域。熒光壽命成像可用于多種生物應(yīng)用,包括組織表面掃描、組織類型繪圖、光動力治理、皮膚成像等。佛山紅外熒光壽命成像使用步驟
熒光壽命成像是一種重要的熒光顯微鏡技術(shù)。上海單分子熒光壽命成像研發(fā)
市場上熒光壽命的測量方式可分為時域法和頻域法,兩者在本質(zhì)上是相通的,測量精度相近,頻域技術(shù)是時域法的傅里葉變換的延伸。時域和頻域技術(shù)在各種顯微壽命成像平臺中都有應(yīng)用,時間相關(guān)單光子計數(shù)方法(TCSPC )是常見的時域技術(shù),而新興的數(shù)字頻域技術(shù)(FastFLIM? )則取代了傳統(tǒng)的模擬頻域技術(shù),憑借其獨恃的優(yōu)勢成為應(yīng)用廣的頻域技術(shù)。熒光壽命成像主要通過TCSPC技術(shù)(Time-Correlated Single Photon Counting)實現(xiàn)。由于TCSPC系統(tǒng),一個激光脈沖只采集一個光子信號,所以激光器的重復(fù)頻率決定了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集速度。重頻越高,采集速度越快,數(shù)據(jù)信噪比越好。上海單分子熒光壽命成像研發(fā)
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