DCS-120 MACRO FLIM 系統專業產品介紹

產品概述

Becker & Hickl 推出的 DCS-120 MACRO 系統是專為宏觀物體設計的共焦熒光壽命成像系統，能夠直接在掃描儀焦平面內對物體進行共焦掃描成像。該系統可對直徑達 15 mm 的物體進行成像，空間分辨率約為 25 μm。與 DCS-120 共焦 FLIM 系統一樣，DCS-120 MACRO 使用 ps 二極管激光器激發、振鏡快速掃描、共焦檢測和 bh 的多維 TCSPC 技術進行 FLIM 記錄，以高時間分辨率、高空間分辨率和高靈敏度記錄熒光壽命圖像。該系統具有快速光束掃描和高靈敏度的特點，可用于活體成像，并提供紫外線增強光學器件。

系統配置與激光器激發

DCS-120 MACRO 系統配備一個或兩個 BDL-SMN 或 BDS-SM ps 二極管激光器，可用波長范圍為 375 nm 至 785 nm，重復率為 20、50、80 MHz 和 CW，脈沖寬度為 40 ps 至 100 ps。此外，可通過帶 AOTF 的超連續激光器實現可調激發。系統提供寬帶版本，與可調諧激光器兼容。電子針孔對準功能進一步提升了系統的易用性。系統標準探測器為兩個 HPM-100-40 GaAsP 混合探測器，可選配 HPM-100-06 混合探測器（IRF 寬度小于 20 ps FWHM）、HPM-100-50 混合探測器（適用于近紅外 FLIM）以及 MW-FLIM GaAsP 多波長探測器。

系統功能與典型應用

DCS-120 MACRO 的功能包括在兩個完全平行的波長通道中同時記錄 FLIM 或穩態熒光圖像、激光波長復用、時間序列 FLIM、時間序列記錄、Z-Stack FLIM（可選配外部樣品移動硬件）、磷光壽命成像（PLIM）和熒光壽命瞬態掃描（FLITS）記錄。系統支持百萬像素 FLIM，高達 2048 × 2048 像素，256 個時間通道，以及同步 FLIM/PLIM。可選配通過電動樣品臺進行空間鑲嵌 FLIM。應用重點是熒光團與其分子環境的相互作用引起的壽命變化，典型應用包括離子濃度測量、FRET 實驗、代謝成像、快速生理效應成像和植物生理學。

系統原理與操作模式

系統基于快速振鏡激光掃描、去掃描共焦檢測（DC）和 bh 的多維 TCSPC FLIM 技術。激發采用 ps 脈沖激光器，經光纖耦合輸入，掃描速率可低至約 1 μs/pixel。系統支持的操作模式涵蓋兩個（多）光譜或偏振通道、時間序列、Z-堆棧（可選配外部樣品移動硬件）、馬賽克（x,y,z,時間，可選配外部樣品移動硬件）、激發波長多路復用、FLITS（熒光壽命-瞬態掃描）、與 FLIM 同時進行的 PLIM（磷光壽命成像），以及單點熒光和磷光衰減測量。卓越的時間分辨率體現在電 IRF 寬度為 3.5 ps FWHM，時間通道寬度低至 405 fs。

掃描頭與光學系統

掃描頭采用快速振鏡激光掃描原理，配備兩個獨立的光纖耦合激光輸入。激光輸入要求為光纖耦合，帶直徑為 12 mm 的準直器。光學激光功率控制通過連續 ND 濾光片輪實現，激光功率調節通過中性密度濾光片輪連續可變。探測器提供兩個直接連接輸出。主分光鏡采用無需對準的可交換式分色鏡，提供長通、多波段、寬波段和多光子選項。二級分光鏡輪內含三個二向色分光鏡、偏振分光鏡，支持 100% 到通道 1 或 100% 到通道 2 的配置。每個通道設有獨立的針孔輪，針孔對準通過電子方式經由壓電微動平臺實現，提供 11 個針孔從約 0.5 到 10 AU 的尺寸選擇。每個通道串聯兩個濾波器滑塊用于發射濾波。掃描區域直徑可達 15 mm。

掃描控制

掃描控制由硬件執行精密激光掃描，快速回掃實現快速采集。幀尺寸范圍為幀掃描 16 × 16 至 4096 × 4096 像素，行掃描 16 至 4096 像素。X 掃描支持連續掃描或逐個像素掃描，Y 掃描為逐行掃描。系統支持軟件控制帶有模擬調制輸入的激光器。激光多路復用支持幀、行、像素和像素內級別，需要軟件控制激光功率。光束消隱在回掃期間和掃描停止時執行，需要軟件控制激光功率。幀頻和掃描速度可自動選擇最快速率或手動選擇，并提供交互式掃描區域選擇、硬件縮放與偏移、快速預覽功能以及交互式測量點選擇的光束駐留功能。

TCSPC 系統配置

系統可選配兩種 TCSPC/FLIM 模塊。SPC-180NX 模塊提供典型值 2 個并行 TCSPC/FLIM 通道，電氣時間分辨率為 1.6 ps RMS / 3.5 ps FWHM，定時精度為 1.1 ps，最小時間通道寬度為 405 fs，飽和計數率為 12 MHz。SPC-QC-104 模塊提供典型值 2 個并行通道，電氣時間分辨率為 16 ps RMS / 小于 39 ps FWHM，定時精度為 11 ps，最小時間通道寬度為 4 ps，飽和計數率為 40 MHz（活動通道共享）。激光復用同步最多支持 4 個激光波長，多波長數據可通過路由功能在 16 個通道中同時記錄。實驗觸發功能采用 TTL，用于根據外部信號啟動實驗。TCSPC 系統的操作模式包括硬件預分析成像、光子事件流（FIFO）成像、用于相關性與長時間尺度強度（MCS）的點測量、馬賽克成像（可選配外部樣品移動硬件）、時間序列成像、多探測器操作、激光多路復用操作、循環和重復功能以及自動保存功能。

軟件與數據分析

數據采集軟件為 bh SPCM，并配備用于集成外部設備的 bh LabVIEW，掃描儀控制軟件集成在 SPCM 中。系統支持 Windows 10/11 64 位操作系統。數據分析由 bh SPCImage NG 軟件執行，采用 MLE 擬合（GPU 輔助處理）原理。函數模型包括 IRF 卷積單、雙或三分量指數衰變、可選擇考慮不完全衰減以及偏移分量模型。IRF 建模支持擬合衰變數據的合成 IRF 函數、從數據中自動提取 IRF 或測量 IRF。

技術原理

DCS-120 MACRO 系統直接在 DCS-120 共焦掃描頭的主像平面上掃描宏觀樣品。兩束不同波長的激光通過單模光纖注入掃描儀，組合激光束由兩個快速移動的振鏡掃描。掃描透鏡將激光束聚焦到掃描儀前方的一個圖像平面上，在掃描物體時該平面與樣品表面重合。當振鏡改變光束角度時，激光焦點在樣品上掃描。樣品中激發的熒光被掃描透鏡準直后，由振鏡去掃描，并通過主二向分光鏡與激發光分離。熒光光束進一步被分成兩個光譜或偏振分量，并聚焦到針孔中。通過針孔的光被送入 HPM-100-40 或 HPM-100-06 混合探測器。

在最大掃描振幅（最小變焦）下，系統掃描的圖像區域約為 15 × 15 mm，空間分辨率約為 20 μm。為了充分利用掃描儀的分辨率，FLIM 數據的記錄像素可達 2048 × 2048，時間通道的數量可從 64 到 4096 之間選擇，推薦選擇 1024。

FLIM 數據采集采用 bh 的多維 TCSPC 流程，基于單個熒光光子的檢測、激光脈沖周期內光子時間的確定、光子檢測時激光束在掃描區域內的位置，以及掃描坐標和激光脈沖周期內時間的三維光子分布。