掃描式熒光壽命成像技術簡介

一、掃描式熒光壽命成像技術的原理
 
為了更詳細地解釋掃描式熒光壽命成像技術（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行成像的技術，熒光壽命是指熒光分子在激發狀態下保持的平均時間長度。這個時間由分子環境、化學組成以及與其他分子的相互作用等因素決定。在FLIM實驗中，首先用激光激發樣品，然后測量熒光分子返回基態前發射光子的時間。這個時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境中，這個時間是變化的。通過分析這一時間的分布，可以得到熒光分子所處環境的信息。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境特性信息的成像結果。FLIM技術因其提供的是與熒光強度無關的壽命信息，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獨特的優勢。
 
 二、掃描式熒光壽命成像技術的應用
 
掃描式熒光壽命成像技術（FLIM）的應用在生物學研究領域日益增長，尤其在探索細胞微環境、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粒體功能障礙方面具有獨特價值。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狀態持續時間的重要參數。由于熒光壽命信息與熒光分子的濃度無關，它可以用于功能成像，進一步研究分子功能、相互作用及其環境
 
FLIM技術在生物醫學研究中的應用日益廣泛，尤其是與Förster共振能量轉移（FRET）結合使用時，能有效監測細胞內的動態變化。例如，近期關于糖尿病的研究使用FLIM技術研究了由于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。通過提供與傳統共聚焦成像實驗不同的額外信息維度，FLIM技術不僅能減少圖像中的偽影，還能區分真實信號與不希望的自發熒光，以及更自信地區分更多的熒光探針。
 
綜上所述，FLIM技術為傳統共聚焦成像實驗增加了新的維度，允許研究人員從每個樣本中提取更多的信息。通過使用簡化、集成的平臺，研究人員可以從實驗中獲得新的視角，從而解答實驗問題。
 
 三、掃描式熒光壽命成像技術的最新進展
 
掃描式熒光壽命成像技術（FLIM）在過去幾年里經歷了顯著的技術進步，這些進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研究中的應用范圍方面。
 
1. 成像速度的提升：隨著新的探測器和快速成像系統的開發，FLIM成像的速度得到了顯著提升。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態生物過程。
 
2. 數據分析的進步：數據處理和分析軟件的改進使得從復雜的FLIM數據中提取有用信息變得更加高效和準確。利用機器學習和人工智能算法，可以自動識別和分析FLIM數據中的模式，從而為生物學提問提供更深入的見解。
 
3. 在生物醫學研究中的新應用：FLIM技術在監測細胞內環境如pH值、氧氣和鈣離子濃度變化方面的應用越來越廣泛。此外，結合Förster共振能量轉移（FRET）技術，FLIM被用于研究蛋白質間的相互作用和信號傳導路徑。
 
4. 多模態成像：FLIM與其他成像技術如超分辨率成像、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. 熒光探針的開發：新型熒光探針的開發，特別是對特定生物分子和細胞狀態高度敏感的探針，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、代謝狀態和藥物響應。
 
 
對于該領域，昊量光電聯合意大利FLIMLABS產品提供了一系列專為熒光壽命分析應用設計的產品，適用于掃描式熒光壽命成像設置的集成。  
他們的產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模式。  
SPAD探測器：FLIMLABS的SPAD探測器具有SMA同軸連接器，可通過專有的FLIM LABS LVDS協議與FLIM數據采集卡通信，USB Type-C連接器不僅簡化了界面，還可為SPAD供電，并且每秒僅有7CPS的暗計數讓您無暗噪聲的擔憂。
  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長度與輸入信號上升時間匹配的靈活性，從而確保了最佳的數字鑒別，并且僅15ps的抖動讓您無額外引入抖動的困擾。
   
FLIM數據采集卡（TDC），這是一個USB供電的設備，專為進行時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，為用戶提供全面的解決方案，從實驗設置到數據采集和分析，此外，FLIMLABS還提供了FLIM Studio軟件，這是一個靈活的軟件配置，數據處理和分析軟件的改進使得從復雜的FLIM數據中提取有用信息變得更加高效和準確。利用機器學習和人工智能算法，可以自動識別和分析FLIM數據中的模式，從而為生物學提問提供更深入的見解
   
FLIMLABS的使命是通過推廣基于FPGA的儀器和設備，使熒光壽命分析技術民主化，為研究和工業領域提供新的機會，并擴展其潛力。產品應用廣泛，從生命科學和生物醫學部門到材料和環境科學等領域。例如，他們的強度跟蹤軟件為實時光子強度分析提供了一個實用的解決方案，具有用戶友好的界面和可定制的參數等增加了實驗的可能性和多樣性。
 
這些技術以及器件的進步不僅提高了FLIM的性能，還拓寬了其在基礎生物學研究和臨床應用中的可能性。隨著更多創新的出現，FLIM有望在未來提供更深入的生物醫學以及化學材料的成果和見解。
 

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