PCO FLIM技术助力化学和微流控研究：O2 和pH 值成像检测的相关研发
2026-05-19 来源:本站 点击次数:91Luminescence Lifetime Imaging of Chemical Sensors - A Comparison between Time-Domain and Frequency-Domain Based Camera Systems
化学传感器的发光寿命成像——基于时域和频域的相机系统的比较
化学传感器的发光寿命成像——基于时域和频域的相机系统的比较
Klaus Koren, Maria Moßhammer, Vincent V. Scholz, Sergey M. Borisov, Gerhard Holst, and Michael Kühl
Anal. Chem. 2019, 91, 5, 3233–3238
Publication Date:February 13, 2019
DOI: https://doi.org/10.1021/acs.analchem.8b05869
【摘要翻译】
基于发光寿命的成像仍然是利用化学传感器技术生成化学图像的最可靠方法。然而，只有很少的商用系统能够在相关的纳秒到微秒范围内实现寿命成像。在本技术说明中，我们比较了旧的基于时域（TD）的相机系统与基于频域（FD）的相机系统的性能，比较了它们的测量特性和在环境样品中对O2和pH成像的适用性，并使用了在光谱的可见光和近红外部分有发射的不同的指示染剂体系。我们的结论是，新引入的FD成像系统提供了与其前身相比，如果不是更好也至少是相当的结果，现在可以基于FD发光寿命测量技术实现鲁棒且简单的化学成像。
图文节选（1）
图3：基于FD和TD的水生植物单花滨藜根际O2分布成像的比较。（上方三图）使用Sensicam Sensimod采集的数据。（下方三图）使用pco.flim在相同条件下在同一植物上获取的数据。（左方二图）将植物保持在光照下12小时后，对O2进行成像 (∼500 μmol photons m−2 s−1) （中央二图）黑暗中1小时后拍摄的O2浓度图像。（右方二图）在光照（红色）下12小时和黑暗（黑色）下1小时后，根部横截面的O2浓度分布图（O2图像中的黄线指示横截面位置）。
图文节选（2）
频域（FD）相机系统
调制的sCMOS相机（pco.flim，德国PCO AG）起到触发器的作用，并将调制频率发送到光源。在这种情况下，LEDHUB（德国Omicron Laserage）通过附带的适配器连接到相机的TTL输出。1 m 液体光导管将LEDHUB中三个LED（460、528和625 nm）中的一个LED发射到样品。蓝光用于激发含有Macrolex Yellow（MY）的箔，绿色用于激发仅含有PtTFPP的箔，红色用于激发pH敏感箔。Omicron LEDHUB控制软件用于调整LED强度和启用相机触发器。使用尼康NIS Elements高级研究软件设置其他成像相关参数，该软件用于系统控制、数据采集和图像处理。调制频率设置为5 kHz。在对样品成像之前，记录了一张寿命参考图像。这可以通过对具有已知寿命（ns或μs）的样品进行成像或使用LED的反射光（移除发射滤波器或使用其他LED）作为参考来实现。当使用反射光时，与指示器的磷光寿命相比，已知的“寿命”非常短（至少短1000倍），因此在实践中，参考寿命可设置为0 μs。该软件可以导出相移、调制系数、调制寿命和相位寿命以及所有强度图像。在本研究中，导出并分析了相移和相位寿命图像（Supporting Note 3）…四种不同的氧敏感光电二极管，基于PtTFPP作为指示染料，结合天线分子MY以及使用和不使用金刚石粉末作为散射材料进行成像（图2A）。使用相同的物镜和发射过滤器在两个相机系统的相同箔上进行测量，在pO2=207 hPa的恒定O2浓度下……对于FD相机，由于提高了信噪比，当添加MY时，测量的寿命通常更高，标准偏差减小……总体而言，基于FD的测量被发现在较低的信号强度下也更具鲁棒性。任何背景光（环境光）都会严重干扰基于TD的成像方法，而基于FD的读出更能耐受少量背景光，如远处的台灯或附近的水箱灯光。
【关于pco.flim】
pco.flim相机系统是第一种采用Two-Tap CMOS成像芯片的荧光寿命成像相机。相机的像素和激发光间的同步使100皮秒至100微秒间的荧光衰减时间的分析成为可能。在1008 x 1008像素分辨率上，pco.flim最多可以读取45个双帧/秒，且可支持5 kHz – 40 MHz频率范围的调制。
基本参数：
图文节选（2）
频域（FD）相机系统
调制的sCMOS相机（pco.flim，德国PCO AG）起到触发器的作用，并将调制频率发送到光源。在这种情况下，LEDHUB（德国Omicron Laserage）通过附带的适配器连接到相机的TTL输出。1 m 液体光导管将LEDHUB中三个LED（460、528和625 nm）中的一个LED发射到样品。蓝光用于激发含有Macrolex Yellow（MY）的箔，绿色用于激发仅含有PtTFPP的箔，红色用于激发pH敏感箔。Omicron LEDHUB控制软件用于调整LED强度和启用相机触发器。使用尼康NIS Elements高级研究软件设置其他成像相关参数，该软件用于系统控制、数据采集和图像处理。调制频率设置为5 kHz。在对样品成像之前，记录了一张寿命参考图像。这可以通过对具有已知寿命（ns或μs）的样品进行成像或使用LED的反射光（移除发射滤波器或使用其他LED）作为参考来实现。当使用反射光时，与指示器的磷光寿命相比，已知的“寿命”非常短（至少短1000倍），因此在实践中，参考寿命可设置为0 μs。该软件可以导出相移、调制系数、调制寿命和相位寿命以及所有强度图像。在本研究中，导出并分析了相移和相位寿命图像（Supporting Note 3）…四种不同的氧敏感光电二极管，基于PtTFPP作为指示染料，结合天线分子MY以及使用和不使用金刚石粉末作为散射材料进行成像（图2A）。使用相同的物镜和发射过滤器在两个相机系统的相同箔上进行测量，在pO2=207 hPa的恒定O2浓度下……对于FD相机，由于提高了信噪比，当添加MY时，测量的寿命通常更高，标准偏差减小……总体而言，基于FD的测量被发现在较低的信号强度下也更具鲁棒性。任何背景光（环境光）都会严重干扰基于TD的成像方法，而基于FD的读出更能耐受少量背景光，如远处的台灯或附近的水箱灯光。
【关于pco.flim】
pco.flim相机系统是第一种采用Two-Tap CMOS成像芯片的荧光寿命成像相机。相机的像素和激发光间的同步使100皮秒至100微秒间的荧光衰减时间的分析成为可能。在1008 x 1008像素分辨率上，pco.flim最多可以读取45个双帧/秒，且可支持5 kHz – 40 MHz频率范围的调制。
基本参数：
- pco.flim激光器作为落射荧光测量的光源
- 可选择的激光波长和输出功率
- 100 ps到100 µs的寿命测量
- 调制频率从5千赫兹到40兆赫
- 500千赫兹到40兆赫外部调制信号
- 正弦/矩形的调制信号波形
- 像素分辨率1008 x 1008
- 频域FLIM
- USB 3.0接口
- 量子效率39 %
- 动态范围1000:1
- 45 双帧/秒 (2 tap读出)
- 可选曝光时间为1 ms到2 s
- 无振动水冷
- 特殊的测量与分析软件
【关于埃赛力达科技Excelitas Technologies Corp.】
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