荧光“寿命”显微镜技术使用频率梳子,没有机械部件观察动态生物现象

荧光“寿命”显微镜技术

24,400光秒表的2D布置使得扫描荧光寿命成像能够。信誉:托申大学

寿命的梳理:一种荧光显微镜的新方法

荧光显微镜广泛用于生物化学和生命科学,因为它允许科学家直接观察它们和周围的细胞和某些化合物yabovip2021。荧光分子吸收特定波长范围内的光,然后在较长波长范围内重新发射。然而,传统荧光显微镜技术的主要限制是,结果非常难以定量地评估;荧光强度受到实验条件和荧光物质浓度的显着影响。现在,来自日本科学家的新研究被设定为彻底改变荧光寿命显微镜的领域。阅读以了解如何!

围绕传统问题的方式是专注于荧光寿命而不是强度。当用短脉冲突发辐射荧光物质时,所得荧光不会立即消失,但实际上以特定于该物质的方式逐渐消失。“荧光寿命显微镜”技术利用这种现象 - 这与实验条件无关 - 以准确地量化荧光分子和环境变化。然而,荧光衰减非常快,普通的相机不能捕获它。当可以使用单点光电探测器时,必须在整个样本区域中扫描,以便能够从每个测量点重建完整的2D图片。该过程涉及机械部件的移动,这大大限制了图像捕获的速度。

幸运的是,在最近发表的研究中科学推进,上述科学家团队开发了一种新的方法来获得荧光寿命图像而不需要机械扫描。Professor Takeshi Yasui, from Institute of Post-LED Photonics (pLED), Tokushima University, Japan, who led the study, explains, “Our method can be interpreted as simultaneously mapping 44,400 ‘light stopwatches’ over a 2D space to measure fluorescence lifetimes — all in a single shot and without scanning.” So, how was this achieved?

荧光寿命成像显微镜

这种新的荧光显微镜技术将测量荧光强度和寿命,它不需要机械扫描焦点;相反,它将同时产生来自样品中的所有点的图像,从而实现动态生物和化学过程的更加定量研究。信用:Suana Science Ymy

其方法的主要支柱之一是使用光学频率梳作为样品的激发光。光学频率梳基本上是由具有恒定间隔的离散光学频率的总和组成的光信号。在该上下文中的“梳子”一词是指信号在绘制反对光学频率时如何看起来:从光学频率轴上上升并类似于梳子的致密等距离“峰值”。使用特殊光学设备,一对激励频率梳状信号用不同的强度调制频率分解成单独的光学节拍信号(双梳光学搏动),每个光学频率调制频率,每个都携带单个调制频率,并在目标样本上照射。这里的关键是每个光束在空间不同的位置处击中样品,在样本(像素)的2D表面上的每个点和双梳光学节拍的每个调制频率之间产生一对一的对应关系。

由于其荧光特性,样品重新发射部分捕获的辐射,同时仍然保持上述频率位置对应关系。然后,从样品发出的荧光简单地将透镜专注于高速单点光电探测器。最后,测量信号在数学上变换到频域中,并且每个“像素”处的荧光寿命易于从存在于该调制频率与测量的频率相反的激励信号之间存在的相对相位延迟来计算。

由于其卓越的速度和高空间分辨率,本研究中开发的显微镜方法将使更容易利用荧光寿命测量的优点。“因为我们的技术不需要扫描,每次射门都保证整个样本的同时测量,”yasui教授“评论,”这将有助于生活细胞的动态观察的生命科学。“除了深入了解生物过程外,这种新方法还可用于同时成像用于抗原检测的多个样品,已经用于诊断新冠肺炎

也许是最重要的是,这项研究展示了光学频率梳子的方式,这些梳理只被用作“频率尺”,可以在显微镜技术中找到一个地方,以推动生命科学的信封。它持有希望开发新的治疗选择来治疗顽固性疾病并提高预期寿命,从而使整个人类受益。

参考:“全场荧光寿命双梳理学,使用频谱映射和频率复用双梳理光学节拍”,米佐,哈埃,T. Minamikawa,Y.Tokizane,R. Oe,H. Korsawa,H. Yamamoto和T. Yasui,1月1日,1月1日,科学推进
DOI:10.1126 / sciadv.abd2102

资金:日本科技机构,日本科技促进科学(JSP),内阁办事处 - 日本政府和其他人的探索性研究。

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