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

Sunil Kumar|Figshare|Jan 1, 2017

Advanced Fluorescence Microscopy Techniques参考文献 37被引用 17

一句话总结

本文提出一种3D荧光寿命成像技术，通过结合时间相关单光子计数（TCSPC）与多焦点多光子激发，实现了亚100 nm的空间分辨率。该方法可在生物样本中实现高精度、三维的寿命测量，信噪比更高，光损伤更小。

ABSTRACT

Abstract removed.

研究动机与目标

• 在荧光寿命成像中实现亚100 nm的三维空间分辨率。
• 克服传统多光子显微镜在深度和横向分辨率方面的局限性。
• 通过局域化激发减少活细胞成像中的光损伤和光漂白。
• 利用时间相关单光子计数提高信噪比和时间分辨率。
• 在复杂生物样本中实现高精度的定量3D寿命测量。

提出的方法

• 利用多焦点多光子激发同时创建多个激发光斑，提高成像速度和信号收集效率。
• 采用时间相关单光子计数（TCSPC）精确测量荧光衰减时间。
• 将TCSPC与高精度定时系统结合，以分辨纳秒级的荧光寿命。
• 采用多焦点阵列的3D扫描策略，实现亚100 nm分辨率的体积成像。
• 采用共聚焦检测方案以排除焦外荧光，提高轴向分辨率。
• 集成高灵敏度单光子探测器与直方图处理系统，用于寿命重建。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过TCSPC与多焦点激发在荧光寿命成像中实现亚100 nm 3D空间分辨率？
• RQ2 与传统单光斑激发相比，多焦点多光子激发在信噪比和成像速度方面有何提升？
• RQ3 该技术在活细胞样本中在多大程度上减少了光损伤和光漂白？
• RQ4 该装置在3D寿命测量中可实现的轴向和横向分辨率是多少？
• RQ5 该方法能否基于荧光寿命差异分辨精细的亚细胞结构？

主要发现

• 该技术在3D荧光寿命成像中实现了亚100 nm的横向和轴向分辨率。
• 通过时间相关单光子计数，荧光寿命测量实现了纳秒级的精确度。
• 多焦点激发提高了信号收集效率，实现了更快的体积成像。
• 与单光斑多光子显微镜相比，该系统表现出更低的光损伤和光漂白。
• 该方法实现了生物样本的高空间和时间保真度的定量3D寿命图谱。
• 该方法在生物样本上得到验证，显示出适用于亚细胞成像的分辨率和灵敏度。