徠卡TauSense技術(shù)在自發(fā)熒光領域的應用

熒光顯微成像技術(shù)對生命科學的研究起到了巨大的推進作用，但自發(fā)熒光信號往往會對成像結(jié)果造成非常大的干擾（圖1）。常規(guī)的解決方法主要是通過改進制樣流程和調(diào)節(jié)成像參數(shù)來進行優(yōu)化，但這些方法只能起到部分的改善作用，并不能徹底去除自發(fā)熒光信號。對于這個實驗路上的絆腳石難道真的就沒有辦法了嗎？當然不是，接下來就為您介紹自發(fā)熒光的克星——熒光壽命。
熒光分子受到特定激光激發(fā)后，從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，再以輻射躍遷的形式發(fā)出熒光并回到基態(tài)，熒光分子停留在激發(fā)態(tài)的時間就叫做熒光壽命（圖2）。如果自發(fā)熒光和我們用來標記樣本的熒光基團的壽命存在較大的差異，通過調(diào)節(jié)熒光壽命檢測范圍，就可以避免這些干擾信號的接收了。
圖2.熒光激發(fā)示意圖

從激發(fā)光開始照射樣品到檢測器探測到光子的這段時間稱作“光子到達時間”。樣品的“熒光壽命”與“光子到達時間”呈正相關(guān)，而一個像素點中包含多個光子，多個光子到達時間的平均值（Average Arrival Time, AAT）就可以反映該像素點的熒光壽命信息。
徠卡全新推出的帶有白激光的STELLARIS系列激光共聚焦顯微鏡（圖3）配備了基于AAT檢測技術(shù)的TauSense模塊，它包含三大項功能，對您的實驗大有裨益，大家一起來認識一下吧！

圖3. STELLARIS

• TauGating

獲得高質(zhì)量的熒光圖像是成像實驗最基本的需求，但背景噪音、自發(fā)熒光、反射光、雜散光等等頑固分子一次次地挑戰(zhàn)著我們的耐心，而使用TauGating即可一鍵式去除這些干擾因素。
TauGating操作非常簡單，如圖4，點擊“+”或“-”即可靈活修改通道數(shù)，可設置多達16個通道，每個通道的時間檢測范圍均可獨立調(diào)節(jié)。一般來說，上述干擾因素的AAT和熒光信號的AAT存在差異，通過調(diào)節(jié)時間檢測范圍即可避開對干擾因素的接收，獲得真實的熒光信號。
圖4. TauGating操作界面
從圖5可以看到，和常規(guī)共聚焦成像相比，TauGating消除了背景雜散光，圖像的對比度和信噪比得到了極大的提升。

圖5. TauGating與常規(guī)共聚焦成像效果對比

• TauSeparation

在實驗設計階段，熒光基團的選擇是一件非常重要且復雜的事情，不僅要考慮到各種繁雜的光譜組合來避免通道之間的串色，還要考慮使用和共聚焦固定激發(fā)譜線相匹配的染料。如此一來，留給我們的選擇往往就會很少，如果樣本中有自發(fā)熒光，染料選擇就更加受限了。針對這項問題，TauSeparation可以為您提供絕佳的解決方案。

圖6. NE-115細胞4色熒光成像 圖6中，NE-115細胞同時標記了LifeAct-mNeonGreen、Mitotracker Green、 NuC Red 和 SiR-tubulin共4種熒光染料，但由于LifeAct-mNeonGreen和 Mitotracker Green的發(fā)射光譜高度重疊，NuC Red和 SiR-tubulin的發(fā)射光譜高度重疊，所以在用常規(guī)共聚焦（左圖）拍攝時只能體現(xiàn)出兩種信號的差異。而在TauSeparation模式下（右圖），通過檢測AAT，我們使用一個檢測器就可以同時將這兩種發(fā)射光譜重疊的染料區(qū)分出來（LifeAct-mNeonGreen-紅色，Mitotracker Green-綠色，Nuc Red–青色，SiR-tubulin–品紅色），所以只需要使用兩個檢測器，就可以得到這幅沒有串色的4色熒光圖像了。

圖7. 植物組織自發(fā)熒光檢測
自發(fā)熒光拆分
對于自發(fā)熒光的拆分，TauSeparation同樣得心應手。例如圖7左側(cè)的常規(guī)熒光強度圖像，熒光信號和背景自發(fā)熒光沒有區(qū)別；右側(cè)的圖像在TauSeparation模式下，葉綠體中的自發(fā)熒光（藍色）與來自細胞膜的目標熒光信號（綠色）就可以非常清楚地區(qū)分開了，是不是很簡便呢？

• TauContrast

當您選擇在TauContrast模式下成像時，不但可以獲取常規(guī)的熒光強度圖像，還可以通過AAT獲取分子的代謝狀態(tài)、pH值和離子濃度等功能信息，充分挖掘出樣本潛在信息。例如圖8中Ca²⁺濃度會影響熒光基團Oregon Green 的熒光壽命，通過TauContrast可以實時獲取Oregon Green的AAT，從而反映各框選區(qū)域（ROI）的Ca²⁺濃度隨時間的變化水平。

圖8. 機械刺激后對標記了Oregon Green 488的哺乳動物細胞鈣振蕩進行檢測。在TauContrast模式下通過檢測AAT的變化來記錄單個細胞對機械刺激的響應情況。以4.5fps的拍攝速率記錄了AAT在不同框選區(qū)域的變化軌跡（用不同顏色選擇的ROI）。圖像尺寸：256 × 256 pixels；Rainbow LUT (TauContrast): 0-4 ns.   
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