荧光成像比你想象的要多!
荧光过程提供了用于成像的两个参数:强度和荧光寿命。荧光寿命指定时间,分子保持在激发状态。荧光染料的典型寿命可以通过观察激发排放事件的足够大的整体来测量。我们可以测量图像中所有像素的典型生命周期,并将这些数字写入数组元素。这是荧光寿命成像[1](fl,也称为τ映射)。典型的荧光寿命范围为0.2至20纳秒。
荧光寿命与荧光素的浓度无关。样品结构是否稀疏地装饰着荧光染料或大量装载:寿命信号总是相同的并且表示在相同环境中存在相同的荧光染料。因此,荧光寿命不受漂白的影响。当在样本深处录制时,图像将比表面图像较暗,但寿命完全不会改变。这是终身测量的主要好处。
如果分子环境导致激发态衰减而不发光光子,则荧光强度降低(淬火)。淬火是发射的单独路径,从而与荧光过程竞争。兴奋状态的储存器现在可以衰减多个过程,因此荧光寿命缩短。寿命中的这种改变可用于收集分子环境的信息。
一种特殊类型的淬火是对邻近的,不同的荧光染料的令人兴奋的能量的非接种转移:“Förster共振能量转移”[2]那烦恼。这里不仅第一荧光染料(供体)变暗和较短的寿命,而且还开始发出第二种荧光染料(受体)在“错误”激发颜色上。由于这种效果需要两种荧光染料(小于10nm)的紧密接触,因此188金宝搏的网址用作研究分子相互作用的“分子尺”。它也是许多现代的基础烦恼- 为衡量生活样品中的各种细胞内参数量身定制:Ca2 +或其他离子浓度跟踪,pH,极性和潜在测量,蛋白质 - 蛋白质相互作用等等。
flim - 标准
金标准fl是“时间相关的单光子计数”[3]TCSPC与共聚焦和多光子显微镜兼容。样品用光脉冲闪烁,并测量发光光子到达的时间。为了重建典型的寿命时间,这种测量在相同的样本位置重复几次。达到约10%的准确性需要测量几个100个事件。然后在直方图中将数据置于时间。然后在数学上装配在该直方图中的时间随时间的衰减,并直接提供所需的荧光寿命(图01A-C)。
此过程是最精确和可重复的,但需要时间。测量后,系统已准备好将下一次射击约100纳秒的死区时间。要注册400个事件,请测量一个像素的时间量为40微秒。512x512图像将花费大约12秒 - 与快速变化和移动的生活系统不兼容。
目前的解决方案需要相当多的技术灵巧,复杂的手动数据处理和精致的评估程序。
新标准
188金宝搏的网址徕卡微系统呈现出一个新的fl解决所有这些问题的显微镜:SP8 Falcon(用于快速寿命对比)。
该系统基于混合检测器(Hyds)[4],理想的传感器,用于终身成像,具有非常短的死宿。两个激光脉冲系和发射光子脉冲都立即以高采样速率数字化,并且测量的距离直接进入数据池中。这些到达时间用于输出“快速”fl“ 图像。
新方法允许使用大多数激光脉冲和待应用的滤波器,该滤波器仅利用一个发射的一个光子仅限制脉冲事件。可以通过智能数学方法来校正在第一光子之后非常不久的光子的不可避免的光子抽象。所有这些因素总结到更快的图像录制速度最高10倍。
所有猎鹰fl成像集成在共聚焦显微镜中。记录fl就像额外的频道的激活一样。3D,时间和光谱系列的多维采集模式立即可用fl成像。一个例子是标题 - 图像:具有经典组织学染色的小鼠胚胎。使用Navigator软件,使用722个瓷砖创建了一个图形艺术品,每个瓦片512x512像素。原始图像有190百万像素。寿命配有四个指数,寿命编码颜色。
应用例子
在功能成像领域,我们希望监测小分子,离子或电势的动态变化。这通常用荧光探针进行。其中许多都显示了强度和寿命的变化。还可以用荧光蛋白装饰蛋白质,并在活细胞中表达这些构建体。这种技术允许通过利用活细胞的分子相互作用来利用烦恼现象。最现代的工具是蛋白质或肽,其与所需的分析物(例如Ca2 +)结合,并用一对荧光蛋白进行装饰烦恼。结合分析物后,肽将经历构象变化和烦恼将发生或消失。这些探针被称为烦恼- 增强剂。生物传感器的一个例子是epac[5],营地的传感器。
SP8 Falcon中的新技术足以允许荧光寿命与化学传感器成像烦恼- 生物细胞中的增强剂。
无染色申请是实时材料中内源性荧光的分析。一个例子:癌细胞避免细胞呼吸并更喜欢厌氧糖酵解(Warburg效应),这导致较高浓度累积荧光NADH[6]。多光子显微镜使皮肤组织中的深度成像,即使没有活检。在这里,终身对比度更可靠,因为深层的显微镜将遭受扭曲强度信号的吸收和阴影效果。
经典地,不同的荧光染料由它们的不同颜色区分。如果激励和排放是相同的,它们仍然可以通过它们的寿命来区分。发射强度和寿命可以独立地记录为颜色的函数。因此,可区分荧光染料的数量是发射带和装配寿命的产物。
总而言之
Leica Microsystems的SP8 Falcon(快速寿命对比)共聚焦和多光子显微镜汇集了所有这些新技术和概念188金宝搏的网址fl解决方案适用于多个应用领域的解决方案。图像采集比古典TCSPC快10倍,迄今为止终身成像中的金标。这使得在使用寿命对比度的情况下开辟了生活样本中的动力学和动力学的可能性。
直接实现和自动化可缓解研究人员从耗时的硬件调整和数据评估。类似于3D堆叠,时间流逝序列,马赛克扫描和激发或发射波长扫描的复杂数据采集模式无缝地结合起来fl。
参考
- Gerritsen等:扫描显微镜中的荧光寿命成像。Pawley J(Ed)生物共聚焦显微镜手册,第3 red。春家纽约(2006年)
- Förstert:Zwischenmolekulare Energiewanderung und Fluoreszenzenzenzenzend。安。physik。437,P 55(1948)
- Becker W:荧光寿命成像 - 技术和应用。J.显微镜247/2,PP 119-136(2012)
- Borlinghaus RT,Birk H&Schreiber F:探测器,用于敏感检测:HYD。在:Mendez-Vilas A(ed。):当前显微镜对科学技术进步的贡献,Formatex Vol。5,818-825(2012)
- Ponsioen B等:通过荧光共振能量转移检测CAMP诱导的EPAC激活:EPAC作为新的营地指示器。EMBO报告5/12 PP 1176-1180(2004)
- Georgakoudi I等:NAD(P)H和胶原蛋白,如体内荧光生物标志物的上皮癌前血清变化。癌症研究62,682-687(2002)