扫描式荧光寿命成像技术简介

扫描式荧光寿命成像技术简介

一、扫描式荧光寿命成像技术的原理

为了更详细地解释扫描式荧光寿命成像技术（FLIM），我们可以从其基本原理着手。FLIM是一种基于荧光寿命差异进行成像的技术，荧光寿命是指荧光分子在激发状态下保持的平均时间长度。这个时间由分子环境、化学组成以及与其他分子的相互作用等因素决定。在FLIM实验中，首先用激光激发样品，然后测量荧光分子返回基态前发射光子的时间。这个时间通常以皮秒到纳秒为单位，对于不同的荧光分子或同一种荧光分子在不同环境中，这个时间是变化的。通过分析这一时间的分布，可以得到荧光分子所处环境的信息。这些信息以颜色编码的形式在图像上显示，从而得到既包含空间分布又含有环境特性信息的成像结果。FLIM技术因其提供的是与荧光强度无关的寿命信息，因此在研究分子相互作用、细胞内pH变化、离子浓度等方面具有独特的优势。

二、扫描式荧光寿命成像技术的应用

扫描式荧光寿命成像技术（FLIM）的应用在生物学研究领域日益增长，尤其在探索细胞微环境、组织特性鉴定及分析活细胞、组织和生物体的新陈代谢和线粒体功能障碍方面具有独特价值。FLIM提供的信息不仅限于荧光强度，还包括荧光寿命，这是一种反映荧光分子激发状态持续时间的重要参数。由于荧光寿命信息与荧光分子的浓度无关，它可以用于功能成像，进一步研究分子功能、相互作用及其环境

FLIM技术在生物医学研究中的应用日益广泛，尤其是与Förster共振能量转移（FRET）结合使用时，能有效监测细胞内的动态变化。例如，近期关于糖尿病的研究使用FLIM技术研究了由于α和β细胞功能障碍导致的正常血糖水平维持异常，通过NADH自荧光成像检测了葡萄糖刺激前后活细胞岛的代谢变化。

FLIM在临床多光子断层扫描中也显示出其潜力，能用于检测皮肤癌细胞以及药物和化妆品化合物。此外，FLIM还被用于探测植物细胞中的黄烷醇。通过提供与传统共聚焦成像实验不同的额外信息维度，FLIM技术不仅能减少图像中的伪影，还能区分真实信号与不希望的自发荧光，以及更自信地区分更多的荧光探针。

综上所述，FLIM技术为传统共聚焦成像实验增加了新的维度，允许研究人员从每个样本中提取更多的信息。通过使用简化、集成的平台，研究人员可以从实验中获得新的视角，从而解答实验问题。

三、扫描式荧光寿命成像技术的zui新进展

扫描式荧光寿命成像技术（FLIM）在过去几年里经历了显著的技术进步，这些进展主要集中在提高成像速度、增强数据分析能力以及扩展其在生物医学研究中的应用范围方面。

1. 成像速度的提升：随着新的探测器和快速成像系统的开发，FLIM成像的速度得到了显著提升。例如，采用SPAD阵列相机和更高效的光子计数系统以及更快速的SPAD探测器，使得FLIM能够以接近视频速率捕获动态生物过程。

2. 数据分析的进步：数据处理和分析软件的改进使得从复杂的FLIM数据中提取有用信息变得更加高效和准确。利用机器学习和人工智能算法，可以自动识别和分析FLIM数据中的模式，从而为生物学提问提供更深入的见解。

3. 在生物医学研究中的新应用：FLIM技术在监测细胞内环境如pH值、氧气和钙离子浓度变化方面的应用越来越广泛。此外，结合Förster共振能量转移（FRET）技术，FLIM被用于研究蛋白质间的相互作用和信号传导路径。

4. 多模态成像：FLIM与其他成像技术如超分辨率成像、多光子成像和光声成像的结合，为生物组织提供了更全面的成像信息，这在疾病诊断和治疗评估中尤为重要。

5. 荧光探针的开发：新型荧光探针的开发，特别是对特定生物分子和细胞状态高度敏感的探针，极大地扩展了FLIM的应用范围。这些探针可以用于研究细胞死亡、代谢状态和药物响应。

对于该领域，昊量光电联合意大利FLIMLABS产品提供了一系列专为荧光寿命分析应用设计的产品，适用于扫描式荧光寿命成像设置的集成。

他们的产品阵容包括皮秒半导体激光器、超低暗计数SPAD探测器、恒比鉴别器CFD模块、FLIM数据采集卡。

激光器：FLIMLABS提供的光纤耦合皮秒脉冲激光模块，是一种独立模块，不需要计算机接口，具有三个数字旋钮用于控制工作模式（CWPW）、调节激光功率和设置重复频率及触发模式。

SPAD探测器：FLIMLABS的SPAD探测器具有SMA同轴连接器，可通过专有的FLIM LABS LVDS协议与FLIM数据采集卡通信，USB Type-C连接器不仅简化了界面，还可为SPAD供电，并且每秒仅有7CPS的暗计数让您无暗噪声的担忧。

CFD模块：CFD模块用于在显微镜或光谱设置中对激光同步输出信号进行数字化和单光子探测器信号的数字鉴别。这种模块的存在增加了将延迟线长度与输入信号上升时间匹配的灵活性，从而确保了zui佳的数字鉴别，并且仅15ps的抖动让您无额外引入抖动的困扰。

FLIM数据采集卡（tdc），这是一个USB供电的设备，专为进行时间分辨荧光寿命成像和光谱测量而设计。

FLIMLABS的这些设备可以灵活集成到现有的扫描式荧光寿命成像系统中，为用户提供全面的解决方案，从实验设置到数据采集和分析，此外，FLIMLABS还提供了FLIM Studio软件，这是一个灵活的软件配置，数据处理和分析软件的改进使得从复杂的FLIM数据中提取有用信息变得更加高效和准确。利用机器学习和人工智能算法，可以自动识别和分析FLIM数据中的模式，从而为生物学提问提供更深入的见解

FLIMLABS的使命是通过推广基于FPGA的仪器和设备，使荧光寿命分析技术民主化，为研究和工业领域提供新的机会，并扩展其潜力。产品应用广泛，从生命科学和生物医学部门到材料和环境科学等领域。例如，他们的强度跟踪软件为实时光子强度分析提供了一个实用的解决方案，具有用户友好的界面和可定制的参数等增加了实验的可能性和多样性。

这些技术以及器件的进步不仅提高了FLIM的性能，还拓宽了其在基础生物学研究和临床应用中的可能性。随着更多创新的出现，FLIM有望在未来提供更深入的生物医学以及化学材料的成果和见解。

上海昊量光电设备有限公司通过提供包括FLIM数据采集卡、光纤耦合皮秒脉冲激光模块、常分数鉴别器（CFD）模块和单光子雪崩二极管（SPAD）探测器在内的一系列设备，以及强大的FLIM Studio和强度跟踪软件，为扫描式荧光寿命成像领域提供了一整套的高效、用户友好和可定制的解决方案。

关于昊量光电：

上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

审核编辑 黄宇