掃描式熒光壽命成像技術(shù)簡介

掃描式熒光壽命成像技術(shù)簡介

一、掃描式熒光壽命成像技術(shù)的原理
 
為了更詳細地解釋掃描式熒光壽命成像技術(shù)（FLIM），我們可以從其基本原理著手。FLIM是一種基于熒光壽命差異進行成像的技術(shù)，熒光壽命是指熒光分子在激發(fā)狀態(tài)下保持的平均時間長度。這個時間由分子環(huán)境、化學(xué)組成以及與其他分子的相互作用等因素決定。在FLIM實驗中，首先用激光激發(fā)樣品，然后測量熒光分子返回基態(tài)前發(fā)射光子的時間。這個時間通常以皮秒到納秒為單位，對于不同的熒光分子或同一種熒光分子在不同環(huán)境中，這個時間是變化的。通過分析這一時間的分布，可以得到熒光分子所處環(huán)境的信息。這些信息以顏色編碼的形式在圖像上顯示，從而得到既包含空間分布又含有環(huán)境特性信息的成像結(jié)果。FLIM技術(shù)因其提供的是與熒光強度無關(guān)的壽命信息，因此在研究分子相互作用、細胞內(nèi)pH變化、離子濃度等方面具有獨特的優(yōu)勢。
 
 二、掃描式熒光壽命成像技術(shù)的應(yīng)用
 
掃描式熒光壽命成像技術(shù)（FLIM）的應(yīng)用在生物學(xué)研究領(lǐng)域日益增長，尤其在探索細胞微環(huán)境、組織特性鑒定及分析活細胞、組織和生物體的新陳代謝和線粒體功能障礙方面具有獨特價值。FLIM提供的信息不僅限于熒光強度，還包括熒光壽命，這是一種反映熒光分子激發(fā)狀態(tài)持續(xù)時間的重要參數(shù)。由于熒光壽命信息與熒光分子的濃度無關(guān)，它可以用于功能成像，進一步研究分子功能、相互作用及其環(huán)境
 
FLIM技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用日益廣泛，尤其是與Förster共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）結(jié)合使用時，能有效監(jiān)測細胞內(nèi)的動態(tài)變化。例如，近期關(guān)于糖尿病的研究使用FLIM技術(shù)研究了由于α和β細胞功能障礙導(dǎo)致的正常血糖水平維持異常，通過NADH自熒光成像檢測了葡萄糖刺激前后活細胞島的代謝變化。
 
FLIM在臨床多光子斷層掃描中也顯示出其潛力，能用于檢測皮膚癌細胞以及藥物和化妝品化合物。此外，F(xiàn)LIM還被用于探測植物細胞中的黃烷醇。通過提供與傳統(tǒng)共聚焦成像實驗不同的額外信息維度，F(xiàn)LIM技術(shù)不僅能減少圖像中的偽影，還能區(qū)分真實信號與不希望的自發(fā)熒光，以及更自信地區(qū)分更多的熒光探針。
 
綜上所述，F(xiàn)LIM技術(shù)為傳統(tǒng)共聚焦成像實驗增加了新的維度，允許研究人員從每個樣本中提取更多的信息。通過使用簡化、集成的平臺，研究人員可以從實驗中獲得新的視角，從而解答實驗問題。
 
 三、掃描式熒光壽命成像技術(shù)的最新進展
 
掃描式熒光壽命成像技術(shù)（FLIM）在過去幾年里經(jīng)歷了顯著的技術(shù)進步，這些進展主要集中在提高成像速度、增強數(shù)據(jù)分析能力以及擴展其在生物醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用范圍方面。
 
1. 成像速度的提升：隨著新的探測器和快速成像系統(tǒng)的開發(fā)，F(xiàn)LIM成像的速度得到了顯著提升。例如，采用SPAD陣列相機和更高效的光子計數(shù)系統(tǒng)以及更快速的SPAD探測器，使得FLIM能夠以接近視頻速率捕獲動態(tài)生物過程。
 
2. 數(shù)據(jù)分析的進步：數(shù)據(jù)處理和分析軟件的改進使得從復(fù)雜的FLIM數(shù)據(jù)中提取有用信息變得更加高效和準(zhǔn)確。利用機器學(xué)習(xí)和人工智能算法，可以自動識別和分析FLIM數(shù)據(jù)中的模式，從而為生物學(xué)提問提供更深入的見解。
 
3. 在生物醫(yī)學(xué)研究中的新應(yīng)用：FLIM技術(shù)在監(jiān)測細胞內(nèi)環(huán)境如pH值、氧氣和鈣離子濃度變化方面的應(yīng)用越來越廣泛。此外，結(jié)合Förster共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）技術(shù)，F(xiàn)LIM被用于研究蛋白質(zhì)間的相互作用和信號傳導(dǎo)路徑。
 
4. 多模態(tài)成像：FLIM與其他成像技術(shù)如超分辨率成像、多光子成像和光聲成像的結(jié)合，為生物組織提供了更全面的成像信息，這在疾病診斷和治療評估中尤為重要。
 
5. 熒光探針的開發(fā)：新型熒光探針的開發(fā)，特別是對特定生物分子和細胞狀態(tài)高度敏感的探針，極大地擴展了FLIM的應(yīng)用范圍。這些探針可以用于研究細胞死亡、代謝狀態(tài)和藥物響應(yīng)。
 
 
對于該領(lǐng)域，昊量光電聯(lián)合意大利FLIMLABS產(chǎn)品提供了一系列專為熒光壽命分析應(yīng)用設(shè)計的產(chǎn)品，適用于掃描式熒光壽命成像設(shè)置的集成。  
他們的產(chǎn)品陣容包括皮秒半導(dǎo)體激光器、超低暗計數(shù)SPAD探測器、恒比鑒別器CFD模塊、FLIM數(shù)據(jù)采集卡。
 
激光器：FLIMLABS提供的光纖耦合皮秒脈沖激光模塊，是一種獨立模塊，不需要計算機接口，具有三個數(shù)字旋鈕用于控制工作模式（CW\PW）、調(diào)節(jié)激光功率和設(shè)置重復(fù)頻率及觸發(fā)模式。  
SPAD探測器：FLIMLABS的SPAD探測器具有SMA同軸連接器，可通過專有的FLIM LABS LVDS協(xié)議與FLIM數(shù)據(jù)采集卡通信，USB Type-C連接器不僅簡化了界面，還可為SPAD供電，并且每秒僅有7CPS的暗計數(shù)讓您無暗噪聲的擔(dān)憂。
  CFD模塊：CFD模塊用于在顯微鏡或光譜設(shè)置中對激光同步輸出信號進行數(shù)字化和單光子探測器信號的數(shù)字鑒別。這種模塊的存在增加了將延遲線長度與輸入信號上升時間匹配的靈活性，從而確保了最佳的數(shù)字鑒別，并且僅15ps的抖動讓您無額外引入抖動的困擾。
   
FLIM數(shù)據(jù)采集卡（TDC），這是一個USB供電的設(shè)備，專為進行時間分辨熒光壽命成像和光譜測量而設(shè)計。
   
FLIMLABS的這些設(shè)備可以靈活集成到現(xiàn)有的掃描式熒光壽命成像系統(tǒng)中，為用戶提供全面的解決方案，從實驗設(shè)置到數(shù)據(jù)采集和分析，此外，F(xiàn)LIMLABS還提供了FLIM Studio軟件，這是一個靈活的軟件配置，數(shù)據(jù)處理和分析軟件的改進使得從復(fù)雜的FLIM數(shù)據(jù)中提取有用信息變得更加高效和準(zhǔn)確。利用機器學(xué)習(xí)和人工智能算法，可以自動識別和分析FLIM數(shù)據(jù)中的模式，從而為生物學(xué)提問提供更深入的見解
   
FLIMLABS的使命是通過推廣基于FPGA的儀器和設(shè)備，使熒光壽命分析技術(shù)民主化，為研究和工業(yè)領(lǐng)域提供新的機會，并擴展其潛力。產(chǎn)品應(yīng)用廣泛，從生命科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)部門到材料和環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域。例如，他們的強度跟蹤軟件為實時光子強度分析提供了一個實用的解決方案，具有用戶友好的界面和可定制的參數(shù)等增加了實驗的可能性和多樣性。
 
這些技術(shù)以及器件的進步不僅提高了FLIM的性能，還拓寬了其在基礎(chǔ)生物學(xué)研究和臨床應(yīng)用中的可能性。隨著更多創(chuàng)新的出現(xiàn)，F(xiàn)LIM有望在未來提供更深入的生物醫(yī)學(xué)以及化學(xué)材料的成果和見解。
 

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