熒光壽命顯微成像技術(shù)(FLIM)具有對生物大分子結(jié)構(gòu)、動力學(xué)信息和分子環(huán)境等進(jìn)行高分辨高精度測量的能力,因此其重要性日漸提升,被普遍地應(yīng)用于生物學(xué)研究及臨床診斷等領(lǐng)域。熒光壽命成像的發(fā)展很好地彌補(bǔ)了基于強(qiáng)度成像的問題,對生物醫(yī)學(xué)檢測有著重要的意義。熒光的特性包含有:熒光激發(fā)和發(fā)射光譜、熒光強(qiáng)度、量子效率、熒光壽命等,其中,熒光壽命是指熒光分子在激發(fā)態(tài)上存在的平均時(shí)間(納秒量級)。分子的熒光壽命在幾納秒至幾百納秒之間,因此,測量熒光壽命需要極快響應(yīng)時(shí)間的探測器。熒光壽命成像圖像中每一個(gè)像素點(diǎn)在phasor圖上都有一個(gè)對應(yīng)的點(diǎn)。福建生物熒光壽命成像哪里有
熒光壽命成像技術(shù)是如何應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)中的?隨著近年來對蛋白及分子功能研究的不斷深入,科研工作者除對多色成像、鈣成像等功能成像的需求日漸增多之外,對熒光壽命成像的需求也逐漸增加,而熒光壽命成像能提供除熒光強(qiáng)度、熒光光譜信息之外的熒光分子的壽命信息,可用于分子間相互作用(FRET)、分子所處微環(huán)境的離子濃度(如Ca2+、pH)及細(xì)胞代謝水平的改變等測量,并可拆分光譜重疊的熒光染料及染料和自發(fā)熒光,還可以結(jié)合熒光相關(guān)光譜對單分子實(shí)現(xiàn)熒光壽命相關(guān)光譜FLCS的測量。熒光壽命成像擴(kuò)展了傳統(tǒng)熒光成像的維度,是功能成像的理想工具,在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。湖南熒光壽命成像哪里有熒光壽命成像基于熒光團(tuán)的熒光壽命取決于其分子環(huán)境而并非濃度的事實(shí)。
熒光壽命成像中的熒光壽命是什么意思?有什么用?假定兩種衰減躍遷速率分別為Γ和knr,則激發(fā)態(tài)衰減速率可表示為:其中n(t)表示時(shí)間t時(shí)激發(fā)態(tài)分子的數(shù)目,由此可得到激發(fā)態(tài)物種的單指數(shù)衰減方程。熒光壽命定義為衰減總速率的倒數(shù):熒光強(qiáng)度正比于衰減的激發(fā)態(tài)分子數(shù),因此可將上式改寫為:其中I0是時(shí)間為零時(shí)的熒光強(qiáng)度,τ為熒光壽命。也就是說熒光強(qiáng)度衰減到初始強(qiáng)度的1/e時(shí)所需要的時(shí)間就是該熒光物種在測定條件下的熒光壽命。事實(shí)上當(dāng)熒光物質(zhì)被激發(fā)后有些激發(fā)態(tài)分子立即返回基態(tài),有的甚至可以延遲到5倍于熒光壽命時(shí)才返回基態(tài),這樣就形成了實(shí)驗(yàn)測定的熒光強(qiáng)度衰減曲線。由于熒光壽命成像不受樣品濃度影響具有其他熒光成像技術(shù)無法代替的優(yōu)異性能。
熒光壽命成像可以應(yīng)用到個(gè)性化化療:要針對患者所患的特殊病癥,找到較有效的抗病藥物至關(guān)重要。但是,病細(xì)胞對不同類型藥物的反應(yīng)并不是完全可預(yù)測的。因此,進(jìn)行活檢,將細(xì)胞培養(yǎng)并用不同的藥物處理。同時(shí),它們被FLIM重復(fù)成像。熒光壽命表明治理后細(xì)胞代謝狀態(tài)的早期改變。因此,通過這些測量,只需幾天即可確定較有效的藥物。熒光壽命成像將時(shí)域多指數(shù)衰減分析與相量圖相結(jié)合。時(shí)域中熒光衰減的測量需要短的激發(fā)脈沖和快速的檢測電路。樣品中的每個(gè)點(diǎn)都被依次激勵。使用時(shí)域方法,壽命是從對衰減數(shù)據(jù)的指數(shù)擬合得出的。熒光壽命成像技術(shù)有兩種:時(shí)間域和頻率域。
熒光壽命成像是熒光基團(tuán)在通過發(fā)射熒光光子返回基態(tài)之前在其激發(fā)態(tài)下保持平均多長時(shí)間的量度。不同熒光基團(tuán)激發(fā)態(tài)停時(shí)間不同,大多數(shù)生物熒光素的熒光壽命時(shí)間在 0.2 - 20 ns。熒光壽命檢測經(jīng)典方法為點(diǎn)對點(diǎn)的時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)(TCSPC),但由于過去檢測硬件的局限和復(fù)雜的使用而沒有被普遍地應(yīng)用于科學(xué)研究。隨著技術(shù)的發(fā)展,在顯微鏡視野內(nèi)進(jìn)行超快速全像素?zé)晒鈮勖盘柌杉臒晒鈮勖上癯蔀榭赡堋晒鈮勖上窬哂胁煌跓晒鈴?qiáng)度成像的眾多優(yōu)點(diǎn):不受染料濃度的影響,無論染色或免疫熒光的效率高或低,熒光壽命都能呈現(xiàn)一致的數(shù)據(jù),這意味著更少的實(shí)驗(yàn)數(shù)量和重復(fù)性更好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。不受光漂白的影響,熒光發(fā)射時(shí)間不受激發(fā)光強(qiáng)度的影響,因此不存在光漂白問題。不受樣本厚度和光源噪聲的影響。生物發(fā)光與熒光壽命成像不同點(diǎn):產(chǎn)生光子的原理不同。北京紅外熒光壽命成像研發(fā)
不同熒光基團(tuán)激發(fā)態(tài)停時(shí)間不同,大多數(shù)生物熒光素的熒光壽命時(shí)間在 0.2 - 20 ns。福建生物熒光壽命成像哪里有
熒光壽命成像不但具有其它熒光顯微鏡所具有的高靈敏度、可檢測人體生物樣品等優(yōu)點(diǎn),它在監(jiān)控?zé)晒饧{米材料的穩(wěn)定性上還具有以下幾個(gè)優(yōu)勢:(1)熒光壽命不受熒光探針的濃度的影響,可排除納米材料的胞吐及細(xì)胞分化導(dǎo)致的納米顆粒的稀釋等對測量的影響;(2)很多常見的發(fā)光材料的熒光壽命都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于細(xì)胞的自熒光的壽命,很易去除生物自熒光對熒光成像的干擾;(3)發(fā)光材料的熒光壽命和其材料的穩(wěn)定性密切相關(guān),熒光壽命的改變可以靈敏地反映相應(yīng)材料的化學(xué)穩(wěn)定性。熒光壽命成像是一種重要的熒光顯微鏡技術(shù)。福建生物熒光壽命成像哪里有
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