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(xì)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(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(zhǎng)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(yàn)中，首先用激光激發(fā)樣品，然后測(cè)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(duì)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(jié)果。FLIM技術(shù)因其提供的是與熒光強(qiáng)度無(wú)關(guān)的壽命信息，因此在研究分子相互作用、細(xì)胞內(nèi)pH變化、離子濃度等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

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(zhǎng)，尤其在探索細(xì)胞微環(huán)境、組織特性鑒定及分析活細(xì)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獨(dú)特價(jià)值。FLIM提供的信息不僅限于熒光強(qiáng)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(shí)間的重要參數(shù)。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(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用日益廣泛，尤其是與F?rster共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）結(jié)合使用時(shí)，能有效監(jiān)測(cè)細(xì)胞內(nèi)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(xì)胞功能障礙導(dǎo)致的正常血糖水平維持異常，通過(guò)NADH自熒光成像檢測(cè)了葡萄糖刺激前后活細(xì)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(cè)皮膚癌細(xì)胞以及藥物和化妝品化合物。此外，F(xiàn)LIM還被用于探測(cè)植物細(xì)胞中的黃烷醇。通過(guò)提供與傳統(tǒng)共聚焦成像實(shí)驗(yàn)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(shí)信號(hào)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(shí)驗(yàn)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(tái)，研究人員可以從實(shí)驗(yàn)中獲得新的視角，從而解答實(shí)驗(yàn)問(wèn)題。

三、掃描式熒光壽命成像技術(shù)的zui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(qiáng)數(shù)據(jù)分析能力以及擴(kuò)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(cè)器和快速成像系統(tǒng)的開(kāi)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(jī)和更高效的光子計(jì)數(shù)系統(tǒng)以及更快速的SPAD探測(cè)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(shù)據(jù)分析的進(jìn)步：數(shù)據(jù)處理和分析軟件的改進(jìn)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(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能算法，可以自動(dòng)識(shí)別和分析FLIM數(shù)據(jù)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(yī)學(xué)研究中的新應(yīng)用：FLIM技術(shù)在監(jiān)測(cè)細(xì)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(lái)越廣泛。此外，結(jié)合F?rster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(hào)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(píng)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(duì)特定生物分子和細(xì)胞狀態(tài)高度敏感的探針，極大地?cái)U(kuò)展了FLIM的應(yīng)用范圍。這些探針可以用于研究細(xì)胞死亡、代謝狀態(tài)和藥物響應(yīng)。

對(duì)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(yīng)用設(shè)計(jì)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(jì)數(shù)SPAD探測(cè)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(dú)立模塊，不需要計(jì)算機(jī)接口，具有三個(gè)數(shù)字旋鈕用于控制工作模式（CWPW）、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(cè)器：FLIMLABS的SPAD探測(cè)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(shù)據(jù)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(jì)數(shù)讓您無(wú)暗噪聲的擔(dān)憂(yōu)。

CFD模塊：CFD模塊用于在顯微鏡或光譜設(shè)置中對(duì)激光同步輸出信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化和單光子探測(cè)器信號(hào)的數(shù)字鑒別。這種模塊的存在增加了將延遲線(xiàn)長(zhǎng)度與輸入信號(hào)上升時(shí)間匹配的靈活性，從而確保了zui佳的數(shù)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(shù)據(jù)采集卡（tdc），這是一個(gè)USB供電的設(shè)備，專(zhuān)為進(jìn)行時(shí)間分辨熒光壽命成像和光譜測(cè)量而設(shè)計(jì)。

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(hù)提供全面的解決方案，從實(shí)驗(yàn)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(gè)靈活的軟件配置，數(shù)據(jù)處理和分析軟件的改進(jìn)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(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能算法，可以自動(dòng)識(shí)別和分析FLIM數(shù)據(jù)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(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(jī)會(huì)，并擴(kuò)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(mén)到材料和環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域。例如，他們的強(qiáng)度跟蹤軟件為實(shí)時(shí)光子強(qiáng)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(shù)等增加了實(shí)驗(yàn)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(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(lái)提供更深入的生物醫(yī)學(xué)以及化學(xué)材料的成果和見(jiàn)解。

上海昊量光電設(shè)備有限公司通過(guò)提供包括FLIM數(shù)據(jù)采集卡、光纖耦合皮秒脈沖激光模塊、常分?jǐn)?shù)鑒別器（CFD）模塊和單光子雪崩二極管（SPAD）探測(cè)器在內(nèi)的一系列設(shè)備，以及強(qiáng)大的FLIM Studio和強(qiáng)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。

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審核編輯 黃宇