荧光寿命成像技术及其在生物医学中的应用:荧光分子的寿命就像荧光分子的激发光谱和发射光谱一样是荧光分子的固有特性,随着近年来对蛋白及分子功能研究的不断深入,科研工作者除对多色成像、钙成像等功能成像的需求日渐增多之外,对荧光寿命成像的需求也逐渐增加,而荧光寿命成像能提供除荧光强度、荧光光谱信息之外的荧光分子的寿命信息,可用于分子间相互作用(FRET)、分子所处微环境的离子浓度(如Ca2+、pH)及细胞代谢水平的改变等测量,并可拆分光谱重叠的荧光染料及染料和自发荧光,还可以结合荧光相关光谱对单分子实现荧光寿命相关光谱FLCS的测量。荧光寿命成像扩展了传统荧光成像的维度,是功能成像的理想工具,在生物医学领域有广阔的应用前景。荧光寿命成像能够灵敏地反应荧光基团生化特性以及周围微环境的变化情况。辽宁化学荧光寿命成像订购
在基于时间相关单光子计数的荧光寿命成像实验中,通过选用超快激光器可以优化脉冲持续时间,单光子探测器和时间数字转换器的时间抖动则成为制约时间分辨率的关键参数。荧光寿命成像可进行高质量的多色成像实验或实现STED、PALM/STORM等超分辨率荧光显微成像。目前TCSPC是主要应用的荧光寿命测定技术。荧光寿命通常在ps~us量级,在如此短的时间量级上进行测量,它是较为成熟准确的测试手段。TCSPC的工作原理是使用一个同步信号源驱动激光器,出射光脉冲照射样品池,在利用光子探测装置(多为PMT)对荧光信号进行探测,每一个光子计数信号在FT1010中都会落入一个对应的时间窗口,经过一定时间的统计叠加后即得到荧光寿命曲线。几十万次重复以后,不同的时间通道累积下来的光子数目不同。辽宁化学荧光寿命成像订购荧光寿命(FLT)是荧光团在发射光子并返回基态之前花费在激发态的时间。
荧光寿命成像可以应用到个性化化疗:要针对患者所患的特殊病症,找到较有效的抗病药物至关重要。但是,病细胞对不同类型药物的反应并不是完全可预测的。因此,进行活检,将细胞培养并用不同的药物处理。同时,它们被FLIM重复成像。荧光寿命表明治理后细胞代谢状态的早期改变。因此,通过这些测量,只需几天即可确定较有效的药物。荧光寿命成像将时域多指数衰减分析与相量图相结合。时域中荧光衰减的测量需要短的激发脉冲和快速的检测电路。样品中的每个点都被依次激励。使用时域方法,寿命是从对衰减数据的指数拟合得出的。
荧光寿命成像 (FLIM)通过建立检测到的荧光事件的直方图来确定寿命。可显示单指数或多指数荧光衰减。数值曲线拟合表示荧光寿命和振幅(即检测到的光子数)。由于FRET减少了供体寿命,因此如果无FRET的供体寿命已知,就可以量化FRET发生的程度。该供体寿命τ作为分析FRET样品的一定参考。因此,FLIM-FRET为内部参照—这一特点减少了基于强度测量FRET时的很多缺点。由于其荧光寿命是染料的固有特性,因此对其他不利影响(如光漂白、图像明暗处理、不同浓度或表达水平)具有普遍的不变性。使用基于强度的FRET测量的主要限制是所有可观察的供体分子都经历FRET的基本假设。通常情况并非如此。供体分子这种变化的“非结合”组分给测量的FRET效率带来了相当大的不确定性,使得无法在实验之间进行比较。荧光寿命成像克服了这一缺点。影响荧光寿命成像测量的因素有哪些?
受光学衍射极限的限制,荧光显微技术的空间分辨率只能达到200纳米左右,难以满足生命科学研究的需要。而对于荧光寿命成像来说,其空间分辨率受衍射极限的影响尤为严重。荧光寿命成像是一个新兴的研究领域,寻求具有高度原创性的技术原理与方案,并率先解决荧光寿命成像在生命科学应用中存在的难题,具有重大的科学意义与应用价值。一种荧光寿命成像方法,所述方法包括下述步骤:对标记于样品中的光开关染料分子进行稀疏激励;激发样品中被激励的光开关染料分子,收集被激发的光开关染料分子所发射的光子并记录光开关染料分子的荧光图像,对荧光图像中的光开关染料分子进行质心定位;对在质心定位处接收到的光子进行计数,确定被激发的光开关染料分子的荧光寿命;结合得到的光开关染料分子的质心定位结果和荧光寿命,构建荧光寿命图像。荧光寿命成像有潜力应用于瘤识别,病变诊断等领域。辽宁化学荧光寿命成像订购
荧光寿命可以在频域或者时间域测量。辽宁化学荧光寿命成像订购
荧光寿命成像中的荧光寿命及其含义:假定一个无限窄的脉冲光(δ函数)激发n0个荧光分子到其激发态,处于激发态的分子将通过辐射或非辐射跃迁返回基态。假定两种衰减跃迁速率分别为Γ和knr,则激发态衰减速率可表示为:其中n(t)表示时间t时激发态分子的数目,由此可得到激发态物种的单指数衰减方程。荧光寿命定义为衰减总速率的倒数:荧光强度正比于衰减的激发态分子数,因此可将上式改写为:其中I0是时间为零时的荧光强度,τ为荧光寿命。也就是说荧光强度衰减到初始强度的1/e时所需要的时间就是该荧光物种在测定条件下的荧光寿命。实际上用荧光强度的对数对时间作图,直线斜率即为荧光寿命倒数的负值。荧光寿命也可以理解为荧光物种在激发态的统计平均停留时间。事实上当荧光物质被激发后有些激发态分子立即返回基态,有的甚至可以延迟到5倍于荧光寿命时才返回基态,这样就形成了实验测定的荧光强度衰减曲线。辽宁化学荧光寿命成像订购
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