[논문 리뷰] Sub-100 nm 3-D fluorescence lifetime imaging using time correlated single photon counting detection and multifocal multiphoton excitation

Sunil Kumar|Figshare|2017. 01. 01.

Advanced Fluorescence Microscopy Techniques참고 문헌 37인용 수 17

한 줄 요약

이 논문은 시간상관 단일 광자 수색(TCSPC)과 다중점 집중 다중광자 자극을 조합하여 3D 형광 수명 영상 기술을 제시한다. 이 기술은 100 nm 이하의 공간 해상도를 달성하며 생물 샘플에서 고정밀 3차원 수명 측정이 가능하게 하며, 신호 대 잡음비를 향상시키고 광손상을 감소시킨다.

ABSTRACT

Abstract removed.

연구 동기 및 목표

• 형광 수명 영상에서 100 nm 이하의 3차원 공간 해상도를 달성하기 위해.
• 기존 다중광자 현미경의 깊이 및 횡방향 해상도에 한계가 있음을 극복하기 위해.
• 국소화된 자극을 통해 생세포 영상에서 광손상과 형광 소실을 감소시키기 위해.
• 시간상관 단일 광자 수색을 통해 신호 대 잡음비와 시간 해상도를 향상시키기 위해.
• 복잡한 생물 샘플에서 고정밀도로 정량적 3차원 수명 측정을 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• 동시 다중 자극점 생성을 통해 다중점 집중 다중광자 자극을 활용하여 영상 속도와 신호 수집 효율을 향상시킨다.
• 형광 붕괴 시간의 정밀 측정을 위해 시간상관 단일 광자 수색(TCSPC)을 적용한다.
• TCSPC를 고정밀 타이밍 시스템과 조합하여 나노초 수준의 형광 수명을 해상할 수 있도록 한다.
• 다중점 어레이를 사용한 3차원 스캐닝 전략을 적용하여 100 nm 이하의 해상도로 부피 영상 촬영을 실현한다.
• 초점 외 형광을 제거하고 축 방향 해상도를 향상시키기 위해 공형 검출 방식을 적용한다.
• 수명 재구성에 적합한 히스토그램 시스템과 고감도 단일 광자 검출기를 통합한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 TCSPC와 다중점 자극을 이용해 형광 수명 영상에서 100 nm 이하의 3차원 공간 해상도를 달성할 수 있는가?
• RQ2 기존 단일점 자극 대비 다중점 집중 다중광자 자극이 신호 대 잡음비와 영상 속도에 어떻게 기여하는가?
• RQ3 이 기술은 생세포 샘플에서 광손상과 형광 소실을 어느 정도 감소시키는가?
• RQ4 이 설정을 사용할 경우 3차원 수명 측정에서 도달 가능한 축 방향 및 횡방향 해상도는 무엇인가?
• RQ5 이 방법은 형광 수명 차이에 기반해 미세한 세포내 구조를 구분할 수 있는가?

주요 결과

• 이 기술은 3차원 형광 수명 영상에서 100 nm 이하의 횡방향 및 축 방향 해상도를 달성한다.
• 시간상관 단일 광자 수색을 통해 나노초 수준의 정밀도로 형광 수명 측정이 가능하다.
• 다중점 자극은 신호 수집 효율을 향상시키고 더 빠른 부피 영상 촬영을 가능하게 한다.
• 단일점 다중광자 현미경 대비 광손상과 형광 소실이 감소한 것으로 나타났다.
• 이 방법은 고공간 및 고시간 정밀도로 생물 샘플의 정량적 3차원 수명 맵핑을 가능하게 한다.
• 생물 샘플에 대한 검증을 통해 세포 내 영상에 적합한 해상도와 감도를 확보하였다.