Luminescence Lifetime Imaging of O2
with a Frequency-Domain-Based Camera System
基于频域的O2发光的寿命成像相机系统
Maria Moßhammer*, Vincent V. Scholz*, Gerhard Holst, Michael Kühl, Klaus Koren
【摘要翻译】
我们描述了一种对溶解氧 (O2) 进行空间 (< 50-100 μm) 和时间 (< 10 s) 高分辨率二维成像的方法。该方法采用O2敏感的发光传感器箔(平面光极)与专门的相机系统相结合,用于在频域中对发光寿命进行成像。平面光极的制备方法是将O2敏感指示剂染料溶解在聚合物中,然后用刮刀将混合物以规定的厚度分布在固体支持物上。溶剂蒸发后,平面光极与感兴趣的样品紧密接触—这里用水生植物Littorella uniflora的根部进行演示。平面光极内指示剂染料发光寿命的O2浓度依赖性变化通过透明载体箔的背面和水箱壁使用特殊相机进行成像。该相机通过调制激发信号和发射信号之间的相角偏移来测量发光寿命 (μs)。这种方法优于发光强度成像方法,因为寿命信号与激发源的染料浓度或强度无关,而是仅依赖于发光衰减时间,它是一个固有的参考参数。因此,不需要额外的参考染料或其他参考方法。我们演示了使用该系统对植物根际进行宏观O2成像的过程,该相机系统也可以很容易地与显微镜耦合。
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图 3:包含基于频域的发光寿命相机的成像设置,物镜通过透明水箱和夹根室(rhizo-sandwich chamber)壁,从后面聚焦在样品上。LED激发源的光导被摆放在可均匀照亮样品的位置
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图 5:水生植物Littorella uniflora根际O2分布的寿命成像。 (A) 在大约500 μmol光子m-2 s-1下将植物置于光照下12小时后的O2分布。(B) 将植物在黑暗中保持1小时后的O2分布。(C) 通过平面光极看到的植物根部的结构图像。(D) 光照下(红色)和黑暗中12 小时后(黑色)的横截面 O2 浓度分布(位置由A和B图中的黄线表示)。经许可改编自(Koren, K., Moßhammer, M., Scholz, VV, Borisov, SM, Holst, G., Kühl, M. Luminescence Lifetime Imaging of Chemical Sensors - A Comparison between Time-Domain and Frequency-Domain Based Camera Systems. Analytical Chemistry. 91 (5), 3233-3238 doi: 10.1021/acs.analchem.8b05869 (2019)) 版权所有 (2019) 美国化学学会。
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与纯基于发光强度的化学成像方法相比,这种方法有几个好处。发光寿命成像不受光照不均匀、光极厚度不均匀和光漂白的影响,或者至少影响要小得多。此外,这种方法避免了使用比例成像中常见的额外参考染料。与其他基于生命周期的相机系统(例如常用的门控时域相机)相比,此处介绍的新型相机系统和协议可以提供相当的结果。在最近的出版物中,对这两个系统的分析特性进行了比较,发现基于频域的发光寿命相机系统至少可与已停产的基于时域的系统相媲美。
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