天津红外荧光寿命成像

荧光寿命成像技术及其在生物医学中的应用：荧光分子的寿命就像荧光分子的激发光谱和发射光谱一样是荧光分子的固有特性，随着近年来对蛋白及分子功能研究的不断深入，科研工作者除对多色成像、钙成像等功能成像的需求日渐增多之外，对荧光寿命成像的需求也逐渐增加，而荧光寿命成像能提供除荧光强度、荧光光谱信息之外的荧光分子的寿命信息，可用于分子间相互作用（FRET）、分子所处微环境的离子浓度（如Ca2+、pH）及细胞代谢水平的改变等测量，并可拆分光谱重叠的荧光染料及染料和自发荧光，还可以结合荧光相关光谱对单分子实现荧光寿命相关光谱FLCS的测量。荧光寿命成像扩展了传统荧光成像的维度，是功能成像的理想工具，在生物医学领域有广阔的应用前景。荧光寿命成像是荧光团在发射荧光光子返回基态之前保持其激发态的平均时间长度。天津红外荧光寿命成像

荧光寿命成像FLIM相比于荧光强度成像更有优势。通过荧光强度成像可以获得荧光分子的空间分布，较为直接和简便，但是当荧光分子具有相似的频谱特性，或是同样的荧光分子在不同环境下时，依赖强度进行成像的方案便无法准确反映信息。与基于光强的成像方式不同，荧光寿命成像FLIM适用于测量荧光分子环境的变化，或是测量分子的运动情况。其结果与荧光分子浓度无关，且不受影响光强的光散射或是光吸收影响，可以精确测量荧光淬灭过程，对生物分子微环境进行定量测量。天津红外荧光寿命成像荧光寿命成像和生物发光的不同之处：生物发光与荧光寿命成像产生光子的过程和机制是完全不同的。

荧光寿命成像FLIM所面临的挑战：在数据处理上，由于曲线拟合迭代过程的需求，计算成本较其他成像方案更高。在成像原理上，荧光寿命受多种外界因素影响，这些因素包括分子相互作用、pH值、温度和粘滞阻力等，很难对这些参数控制变量，使得测量荧光寿命存在交叉干扰问题。此外，与普通光学显微技术类似，介质光散射影响成像信噪比及空间分辨率，成像深度受到限制。FLIM已经在系统装置、荧光探针和数据处理算法等方面得到了较快的发展，这也使得荧光寿命成像FLIM在对细胞微环境成像和生物代谢监测发挥出不可替代的作用。结合多种先进成像系统，如双光子成像、结构光照明等，可进一步提升荧光寿命成像FLIM的分辨率和测量精度。另一方面，提升荧光寿命解调的算法性能，将压缩感知、深度学习等热点算法与FLIM结合，也同样对FLIM的发展起着至关重要的作用。总的来说，荧光寿命成像FLIM的发展很好地弥补了基于强度成像的问题，对生物医学检测有着重要的意义。

荧光寿命成像可以干什么？荧光寿命成像图像中每一个像素点在phasor图上都有一个对应的点。因此我们可以获取每个像素点的寿命信息，也可以获知每一寿命所对应的图像区域。荧光寿命成像可以提供荧光强度（光子数）和光子寿命的空间分布，具有200 nm的空间分辨率和皮秒量级的时间分辨率。通过双光子激发（结合飞秒脉冲和共焦显微镜）可以直接检测荧光和时间分辨的荧光寿命。这种无损检测技术，无需解剖或专门制造分层样品，不但可在样品表面，还可在样品表面以下实现深度解析测量。特别适用于新材料、光子学、光伏、光催化、生物材料、纳米材料和纳米复合材料以及其相关的原理探究和设计优化。荧光寿命检测经典方法为点对点的时间相关单光子计数（TCSPC）。

荧光寿命成像分析是什么？荧光寿命是用于几种生物测定的稳健参数。它有可能替代传统的测量技术，如吸收法、冷光法或荧光强度法。荧光团物理化学环境的任何变化都会导致荧光寿命的改变。可通过各种机制来研发基于寿命的分析，例如简单的结合测定，涉及到两个组分的结合（一个被荧光标记）而引起FLT的变化。另一种机制是猝灭释放型测定，涉及大量过量存在的猝灭物质，其具有低而有限的荧光。一旦荧光化合物被释放（通过酶促反应或与互补DNA结合），系统的寿命就会改变。FLT可与FRET（荧光共振能量转移）分析结合用于能量转移效率测量。利用荧光寿命成像显微镜技术可实现可以实时监控发光纳米颗粒在活细胞内的稳定性。天津红外荧光寿命成像

影响荧光寿命成像测量的因素：高浓度样品，高浓度的分子之间相互作用而发生活性阻碍现象。天津红外荧光寿命成像

典型的荧光寿命成像包括从感兴趣区域（ROI）的共焦图像中提取1-，2-或3-衰减时间。限制荧光团的衰减速率可能是任意的，而且很复杂，因为在细胞环境中存在几种衰减速率。对于相量图，关于选择哪种衰减模型以及评估拟合优度的挑战性决定已成为过去。在相量图中，所有原始FLIM数据在向量空间中均表示为相位和幅度。图像中的每个像素都转换为相量图中的一个点。单独于其在图像中的位置，具有相似衰减特征的像素在相量图中形成群集。可以在此阵列中选择不同的相量簇，并在标注中反向注释对应的像素。天津红外荧光寿命成像

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