德岛大学 44，400个光秒表的二维排列实现了无扫描荧光寿命成像
学分:德岛大学 荧光显微镜在生物化学和生命科学中被广泛使用，因为它允许科学家直接观察细胞和细胞周围的某些化合物
荧光分子吸收特定波长范围内的光，然后在更长的波长范围内重新发射
然而，常规荧光显微技术的主要限制是结果很难定量评估；荧光强度受到实验条件和荧光物质浓度的显著影响
现在，日本科学家的一项新研究将彻底改变荧光寿命显微镜领域
解决传统问题的一个方法是关注荧光寿命而不是强度
当一种荧光物质受到短脉冲光的照射时，产生的荧光不会立即消失，而是随着时间的推移以一种特定于该物质的方式“衰减”
荧光寿命显微技术利用这种现象来量化荧光分子及其环境的变化，这种现象与实验条件无关
但是荧光衰减极快，普通相机无法捕捉
虽然可以使用单点光电探测器，但必须扫描整个样品区域，才能从每个测量点重建完整的二维图像
这个过程涉及机械零件的移动，这极大地限制了图像捕捉的速度
在最近发表在《科学进展》杂志上的这项研究中，科学家团队开发了一种无需机械扫描就能获取荧光寿命图像的新方法
领导这项研究的日本德岛大学后发光二极管光子学研究所(pLED)的教授Takeshi Yasui说:“我们的方法可以解释为在二维空间中同时绘制44400个基于光的‘秒表’来测量荧光寿命——所有这些都是在一次拍摄中完成的，无需扫描
" 这种新的荧光显微镜技术将测量荧光强度和寿命，并且不需要对焦点进行机械扫描；相反，它将从样本中的所有点同时产生图像，使得能够对动态生物和化学过程进行更定量的研究
信用:苏亚娜科学YMY 他们方法的主要支柱之一是使用光频梳作为样品的激发光
光频梳本质上是一种光信号，由许多离散光频之和组成，它们之间有一个恒定的间隔
本文中的“梳子”一词指的是信号相对于光频的表现:一簇密集的等距尖峰，沿光频轴上升，类似梳子
使用特殊的光学设备，一对激发频率梳信号被分解成具有不同强度调制频率的单个光拍信号(双梳光拍)，每个光拍信号携带单个调制频率并照射到目标样品上
这里的关键是，每个光束在空间上不同的位置击中样品，在样品(像素)的二维表面上的每个点和双梳光学拍频的每个调制频率之间产生一一对应
由于其荧光特性，样品重新发射部分捕获的辐射，同时保持频率-位置对应
从样品发出的荧光然后简单地用透镜聚焦到高速单点光电探测器上
最后，测量的信号被数学变换到频域，并且每个“像素”处的荧光寿命很容易从该调制频率下的激励信号与测量的激励信号之间存在的相对相位延迟来计算
由于其优越的速度和高空间分辨率，本研究中开发的显微镜方法将更容易利用荧光寿命测量的优势
“因为我们的技术不需要扫描，所以每次拍摄都保证了对整个样本的同时测量，”教授说
这将有助于生命科学，因为生命科学需要对活细胞进行动态观察
“除了对生物过程提供更深入的了解之外，这种新方法还可以用于抗原检测的多个样本的同时成像，这种方法已经用于COVID-19的诊断
也许最重要的是，这项研究展示了光学频率梳，这只是被用作“频率标尺”，可以找到显微镜技术的位置，推动生命科学的信封
它为开发新的治疗方案以治疗难治性疾病和提高预期寿命带来了希望，从而造福全人类
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