PCO FLIM助力化学和微流控三：flim相机用于微流控中氧气分布的测量
2026-06-15 来源:本站 点击次数:19Widefield Frequency Domain Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy (FD-FLIM) for Accurate Measurement of Oxygen Gradients within Microfluidic Devices
用于精确测量微流控设备里氧气分布的宽场频域荧光寿命显微成像技术（FD-FLIM）
用于精确测量微流控设备里氧气分布的宽场频域荧光寿命显微成像技术（FD-FLIM）
Hsiao-Mei Wu, Tse-Ang Lee, Ping-Liang Ko, Wei-Hao Liao, Tung-Han Hsieh, and Yi-Chung Tung*
Analyst, 2019,144, 3494-3504
Publication date: 22 Apr 2019
DOI: 10.1039/C9AN00143C
【摘要翻译】
氧梯度是影响体内各种生物活动的关键变量，如组织修复和肿瘤生长等。为了研究这些现象，最近发展了利用能够产生氧梯度的微流控装置进行体外细胞研究的技术。然而，精确测量设备中的梯度分布是一个挑战。由于背景荧光伪影的存在，传统的基于荧光强度的方法难以对其进行精确测量。此外，由于难以在装置中实现完全耗尽或饱和氧浓度的状态，因此很难获得准确的校准条件。为了克服这些困难，本文构建了宽场频域荧光成像显微镜（FD-FLIM）系统，并利用该系统精确测量了微流控设备中的氧梯度分布。由于基于寿命的测量不完全取决于强度变化，因此氧气校准过程是友好的，测量的氧气浓度可以更准确。通过比较不同几何形状微流控设备的实验和模拟结果，验证了FD-FLIM系统的性能。实验结果表明，与气体流动法相比，化学反应法产生的氧梯度能提供更多的缺氧条件。由于宽场显微镜技术提供的优势，图像采集时间可以显著缩短，从而减少延时成像应用中的光漂白。因此，本文开发的测量技术是一种有效的工具，可以极大地帮助科学家更好地研究各种氧气条件下的生物活性。
图文节选（1）
图2:（a）基于频域荧光寿命显微镜（FD-FLIM）的氧敏感染料荧光寿命测量的氧梯度测量实验装置。氧梯度由两种方法产生，（1）直接流动氮气，（2）将化学清除反应物引入微流控通道。（b）上图：FD-FLIM系统在光源和FLIM相机之间的不同相移下采集的八幅代表性图像。比例尺为100 μm。下图：参考和样本相移函数的像素归一化强度，给出了它们的正弦拟合曲线。
图文节选（2）
图3：（a）将氮气引入微流控通道后，100 μm壁宽设备中的荧光相寿命（左）和氧梯度（右）分布。标尺为50 μm。（b）横穿侧槽宽度的上游和下游的氧气梯度剖面。（c）在250 kHz下测量的氧敏感染料的相量图分析。
图文节选（3）
FD-FLIM系统的设置
为了精确测量微流控通道中的氧梯度，构建了基于Two-Tap CMOS相机的宽场FD-FLIM系统。图2（a）和Supporting Information中的图S1展示了检测系统装置。在该装置中，将FLIM相机（pco.flim，德国PCO AG）连接到商用奥林巴斯IX83倒置显微镜（日本奥林巴斯）进行成像。激发光由中心波长为405 nm的LED光源提供（M405LP-C1，Thorlabs，Newton，NJ）。光源由驱动器DC2200（Thorlabs，Newton，NJ）控制，该驱动器可与相机同步，调制频率高达250 kHz。激发光被引入显微镜，并通过滤光片立方体（U-MWBV2，日本奥林巴斯）的二向色镜反射到样品上。然后，发射的荧光信号由NA=0.3的10倍物镜（日本奥林巴斯UPLFLN 10X2PH）收集，并最终通过滤光片立方体由相机进行记录。
【关于pco.flim】FD-FLIM系统的设置
为了精确测量微流控通道中的氧梯度，构建了基于Two-Tap CMOS相机的宽场FD-FLIM系统。图2（a）和Supporting Information中的图S1展示了检测系统装置。在该装置中，将FLIM相机（pco.flim，德国PCO AG）连接到商用奥林巴斯IX83倒置显微镜（日本奥林巴斯）进行成像。激发光由中心波长为405 nm的LED光源提供（M405LP-C1，Thorlabs，Newton，NJ）。光源由驱动器DC2200（Thorlabs，Newton，NJ）控制，该驱动器可与相机同步，调制频率高达250 kHz。激发光被引入显微镜，并通过滤光片立方体（U-MWBV2，日本奥林巴斯）的二向色镜反射到样品上。然后，发射的荧光信号由NA=0.3的10倍物镜（日本奥林巴斯UPLFLN 10X2PH）收集，并最终通过滤光片立方体由相机进行记录。
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.】
埃赛力达是一家技术经验丰富供应商，致力于提供先进的、改善生活的革新技术，为生命科学、先进工业、新一代半导体、航空航天等各终端市场的全世界企业提供服务。公司总部位于美国宾夕法尼亚州匹兹堡。埃赛力达是光子技术设计、开发和制造领域的重要合作伙伴，为全世界客户提供传感、检测、成像、光学和特种光源方面的前沿创新技术。
广州市元奥仪器有限公司作为埃赛力达在国内的核心代理商，根据用户的不同需求提供具备高性能、高质量的产品，为客户提供专业的方案与报价，欢迎咨询！
【关于元奥仪器】
广州市元奥仪器有限公司从事引进欧美高端光电相关领域的仪器设备与提供系统集成的服务商。
本公司是一家有一定工程技术根基的高质素专业公司，为客户提供专业的高端的仪器与产品。我们拥有充满活力的销售队伍与受过原厂培训、经验丰富的售后服务队伍，同时我们具有丰富仪器技术知识和应用经验的人员，这是我司成功和发展的基本保障，是我们的信心所在，也是客户寄以信任的基础，我们衷心感谢各位客户长期以来对我司的充分信赖和鼎力支持。我司代理众多国际上高端品牌的光学成像系统与光机系统，如德国Excelitas PCO公司、加拿大Excelitas LED光源、美国FLI公司、美国MEDIACY公司、英国Prior公司、美国BNC公司、日本GOYO OPTICAL公司等等。
我司凭借多年在成像领域的应用经验与成功案例，我们为您提供各种成像设备与系统产品，科学级CCD相机、高速摄像机、高灵敏度相机、工业相机、超高灵敏度相机、sCMOS科学相机与水下摄像机。主要应用在天文成像、工业成像、光谱成像分析、机器视觉和其他在科研对成像有高要求的测量领域。
我们以专业的知识及热忱的服务，期望为用户提供途径而达到更好的工作效率而努力，本着不断吸收新知的精神，让用户能享用信息科技所带来的便利。努力保持在物理光学、高速摄影、工业检测、分析化学，环境环保等领域的仪器设备各方面上给用户提供全新的技术产品。
“专业的知识，优质的售后服务，专门的技术支持力量”，这是我公司所一向的待客宗旨，把一整套优质的服务贯彻于售前、售后服务中，这是我们的承诺。
我们所代理的仪器设备已广泛应用于各著名大学、研究单位、工业生产领域、医院等。让我们与新老客户朋友一起，继往开来，与时共进......如对相关产品感到兴趣，欢迎随时联系交流，公司网址：www.gzyaco.com、电话：400-860-2677。
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