一个与时间相关的单光子计数SPAD阵列摄像头,具有针对灯片光寿命成像 (FLIM) 和FLIM视频的定制数据处理算法

科学领域:

• 生物光子学 生物光子学
• 显微镜的使用方法
• 频谱学是一种光谱学.

背景情况:

• 活细胞成像需要高时间分辨率和灵敏度.
• 光终身成像 (FLIM) 提供分子信息,但通常受到速度和复杂性的限制.
• 传统的与时间相关的单光子计数 (TCSPC) 方法对于活样本可能会耗时.

研究的目的:

• 开发和演示一种新的活细胞光终身成像显微镜 (FLIM) 系统.
• 将单光子雪崩二极管 (SPAD) 阵列摄像机与TCSPC集成,以提高成像能力.
• 用生物和人工样本验证系统的性能.

主要方法:

• 使用了一种配备了光和选择性平面照明的宽场显微镜.
• 一个定制的SPAD阵列摄像机与集成的时间到数字转换器被用于光子检测.
• 实施了蒙特卡洛算法,以纠正光子到达时间的系统延迟和非线性.
• 通过对光衰变分析的光子到达时间进行组图绘制,应用了TCSPC原则.

主要成果:

• 在捕捉光子到达时间方面,SPAD摄像系统实现了高精度.
• 该系统产生的光衰变与标准的FLIM数据处理管道兼容.
• 单细胞光合作用藻类的实时成像表明了该系统对活细胞FLIM的能力.
• 人工脂质囊泡的3D FLIM展示了选择性平面照明的潜力.

结论:

• 开发的TCSPC基于摄像头的FLIM显微镜能够快速准确地对活细胞进行成像.
• 集成SPAD技术显著提升了FLIM在生物研究方面的能力.
• 该系统提供多功能成像模式,包括活细胞的光和3D成像的选择性平面照明.