掃描式熒光壽命成像技術(shù)簡(jiǎn)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(zhù)手。FLIM是一種基于熒光壽命差異進(jìn)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(shí)間長(cháng)度。這個(gè)時(shí)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(shí)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(shí)間。這個(gè)時(shí)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(gè)時(shí)間是變化的。通過(guò)分析這一時(shí)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果。FLIM技術(shù)因其提供的是與熒光強度無(wú)關(guān)的壽命信息，因此在研究分子相互作用、細胞內pH變化、離子濃度等方面具有的優(yōu)勢。

 二、掃描式熒光壽命成像技術(shù)的應用

掃描式熒光壽命成像技術(shù)（FLIM）的應用在生物學(xué)研究領(lǐng)域日益增長(cháng)，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(xiàn)粒體功能障礙方面具有價(jià)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)持續時(shí)間的重要參數。由于熒光壽命信息與熒光分子的濃度無(wú)關(guān)，它可以用于功能成像，進(jìn)一步研究分子功能、相互作用及其環(huán)境

FLIM技術(shù)在生物醫學(xué)研究中的應用日益廣泛，尤其是與F?rster共振能量轉移（FRET）結合使用時(shí)，能有效監測細胞內的動(dòng)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細胞功能障礙導致的正常血糖水平維持異常，通過(guò)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，FLIM還被用于探測植物細胞中的黃烷醇。通過(guò)提供與傳統共聚焦成像實(shí)驗不同的額外信息維度，FLIM技術(shù)不僅能減少圖像中的偽影，還能區分真實(shí)信號與不希望的自發(fā)熒光，以及更自信地區分更多的熒光探針。

綜上所述，FLIM技術(shù)為傳統共聚焦成像實(shí)驗增加了新的維度，允許研究人員從每個(gè)樣本中提取更多的信息。通過(guò)使用簡(jiǎn)化、集成的平臺，研究人員可以從實(shí)驗中獲得新的視角，從而解答實(shí)驗問(wèn)題。

 三、掃描式熒光壽命成像技術(shù)的最新進(jìn)展

掃描式熒光壽命成像技術(shù)（FLIM）在過(guò)去幾年里經(jīng)歷了顯著(zhù)的技術(shù)進(jìn)步，這些進(jìn)展主要集中在提高成像速度、增強數據分析能力以及擴展其在生物醫學(xué)研究中的應用范圍方面。

1. 成像速度的提升：隨著(zhù)新的探測器和快速成像系統的開(kāi)發(fā)，FLIM成像的速度得到了顯著(zhù)提升。例如，采用SPAD陣列相機和更高效的光子計數系統以及更快速的SPAD探測器，使得FLIM能夠以接近視頻速率捕獲動(dòng)態(tài)生物過(guò)程。

2. 數據分析的進(jìn)步：數據處理和分析軟件的改進(jìn)使得從復雜的FLIM數據中提取有用信息變得更加高效和準確。利用機器學(xué)習和人工智能算法，可以自動(dòng)識別和分析FLIM數據中的模式，從而為生物學(xué)提問(wèn)提供更深入的見(jiàn)解。

3. 在生物醫學(xué)研究中的新應用：FLIM技術(shù)在監測細胞內環(huán)境如pH值、氧氣和鈣離子濃度變化方面的應用越來(lái)越廣泛。此外，結合F?rster共振能量轉移（FRET）技術(shù)，FLIM被用于研究蛋白質(zhì)間的相互作用和信號傳導路徑。

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(kāi)發(fā)：新型熒光探針的開(kāi)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。

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(zhuān)為熒光壽命分析應用設計的產(chǎn)品，適用于掃描式熒光壽命成像設置的集成。

他們的產(chǎn)品陣容包括皮秒半導體激光器、超低暗計數SPAD探測器、恒比鑒別器CFD模塊、FLIM數據采集卡。

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(gè)數字旋鈕用于控制工作模式（CW\PW）、調節激光功率和設置重復頻率及觸發(fā)模式。

SPAD探測器：FLIMLABS的SPAD探測器具有SMA同軸連接器，可通過(guò)專(zhuān)有的FLIM LABS LVDS協(xié)議與FLIM數據采集卡通信，USB Type-C連接器不僅簡(jiǎn)化了界面，還可為SPAD供電，并且每秒僅有7CPS的暗計數讓您無(wú)暗噪聲的擔憂(yōu)。

CFD模塊：CFD模塊用于在顯微鏡或光譜設置中對激光同步輸出信號進(jìn)行數字化和單光子探測器信號的數字鑒別。這種模塊的存在增加了將延遲線(xiàn)長(cháng)度與輸入信號上升時(shí)間匹配的靈活性，從而確保了最佳的數字鑒別，并且僅15ps的抖動(dòng)讓您無(wú)額外引入抖動(dòng)的困擾。

FLIM數據采集卡（TDC），這是一個(gè)USB供電的設備，專(zhuān)為進(jìn)行時(shí)間分辨熒光壽命成像和光譜測量而設計。

FLIMLABS的這些設備可以靈活集成到現有的掃描式熒光壽命成像系統中，為用戶(hù)提供全面的解決方案，從實(shí)驗設置到數據采集和分析，此外，FLIMLABS還提供了FLIM Studio軟件，這是一個(gè)靈活的軟件配置，數據處理和分析軟件的改進(jìn)使得從復雜的FLIM數據中提取有用信息變得更加高效和準確。利用機器學(xué)習和人工智能算法，可以自動(dòng)識別和分析FLIM數據中的模式，從而為生物學(xué)提問(wèn)提供更深入的見(jiàn)解

FLIMLABS的使命是通過(guò)推廣基于FPGA的儀器和設備，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(huì )，并擴展其潛力。產(chǎn)品應用廣泛，從生命科學(xué)和生物醫學(xué)部門(mén)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(shí)時(shí)光子強度分析提供了一個(gè)實(shí)用的解決方案，具有用戶(hù)友好的界面和可定制的參數等增加了實(shí)驗的可能性和多樣性。

這些技術(shù)以及器件的進(jìn)步不僅提高了FLIM的性能，還拓寬了其在基礎生物學(xué)研究和臨床應用中的可能性。隨著(zhù)更多創(chuàng )新的出現，FLIM有望在未來(lái)提供更深入的生物醫學(xué)以及化學(xué)材料的成果和見(jiàn)解。

上海昊量光電設備有限公司通過(guò)提供包括FLIM數據采集卡、光纖耦合皮秒脈沖激光模塊、常分數鑒別器（CFD）模塊和單光子雪崩二極管（SPAD）探測器在內的一系列設備，以及強大的FLIM Studio和強度跟蹤軟件，為掃描式熒光壽命成像領(lǐng)域提供了一整套的高效、用戶(hù)友好和可定制的解決方案?？梢詾槟难芯繉?shí)驗提供完整的配件及建議和方案.

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