熒光顯微鏡用以高幀率記錄生物體的圖像是具有挑戰(zhàn)性的缚柏。高速成像需要相當(dāng)大的光強(qiáng)苹熏，因?yàn)樵诟邘氏拢瑘D像傳感器暴露在光中的時(shí)間非常短币喧。在這短暫的時(shí)間里轨域，需要捕獲足夠的光來獲得清晰的圖像。通常杀餐，這是通過增加照明強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)的干发，因?yàn)槲矬w反射的光越多，到達(dá)相機(jī)的光也就越多史翘。但當(dāng)研究熒光或化學(xué)發(fā)光時(shí)枉长，物體自身就會(huì)發(fā)光，而增加外界的發(fā)光強(qiáng)度通常是不可行的琼讽。在這種情況下必峰，解決方案是增加被相機(jī)檢測到光的強(qiáng)度。
HiCAM高速像增強(qiáng)熒光相機(jī)用于斑馬魚心臟的高速活體成像技術(shù)
在德國巴德諾海姆的Max Planck心肺研究所肝匆，人們對(duì)斑馬魚的心血管系統(tǒng)進(jìn)行了研究粒蜈。斑馬魚的透明度（圖1）及其實(shí)驗(yàn)優(yōu)勢使其成為人體心血管系統(tǒng)的理想比例模型。
圖1 斑馬魚的照片旗国。心臟位于紅色方塊內(nèi)
為了研究斑馬魚的血液流動(dòng)枯怖，血紅細(xì)胞被熒光蛋白DsRed標(biāo)記。熒光的強(qiáng)度受到附著在紅細(xì)胞上的熒光蛋白數(shù)量的限制能曾。此外嫁怀，光線發(fā)射的方向是隨機(jī)的，這進(jìn)一步減少了到達(dá)相機(jī)的光量借浊。低光強(qiáng)度不一定存在問題，增加曝光時(shí)間來捕捉足夠的光是一個(gè)常用的解決方法萝招，這通常被用于成像固定的昏暗物體蚂斤。然而，在移動(dòng)物體上使用相同的方法會(huì)導(dǎo)致圖像模糊槐沼。
試想一條活的斑馬魚曙蒸，它的內(nèi)臟是在跳動(dòng)的。斑馬魚的心率約為每分鐘175次岗钩，或接近每秒3次纽窟。為了捕捉心跳的每個(gè)階段，需要較高的幀率兼吓，否則圖像會(huì)因運(yùn)動(dòng)模糊而失真臂港。這意味著圖像傳感器非常短暫地暴露在昏暗的熒光燈下。通過增加激發(fā)光的強(qiáng)度來增加熒光燈的數(shù)量是不可行的视搏，因?yàn)檫@會(huì)傷害魚類审孽。
圖2 HiCAM高速像增強(qiáng)熒光相機(jī)附在熒光顯微鏡上
實(shí)驗(yàn)裝置
用安裝有Lambert HiCAM高速攝像系統(tǒng)的熒光顯微鏡對(duì)斑馬魚進(jìn)行研究(圖2)。將魚固定在凝膠中浑娜，從下方照射佑力。DsRed蛋白的熒光從紅細(xì)胞中發(fā)出。這種光向各個(gè)方向發(fā)射筋遭，其中一些光以相反的方向穿過激光的光路打颤。但是，熒光通過二色鏡被定向到相機(jī)上漓滔，而不是被反射回光源编饺。任何散射的激發(fā)光都被二色鏡反射。濾光片將去除任何背景光次和，只透射紅細(xì)胞熒光發(fā)出波長的光反肋。
圖像傳感器將捕捉進(jìn)來的熒光。捕捉將以每秒數(shù)百或數(shù)千幀的幀率下進(jìn)行踏施，每幀的曝光時(shí)間數(shù)量級(jí)在幾毫秒到幾毫秒的一小部分石蔗。電子倍增ccd (emccd)傳感器的光靈敏度足以捕捉到微弱的熒光罕邀。但它們在全分辨率下只能實(shí)現(xiàn)大約100fps的幀率，這對(duì)于目前的應(yīng)用來說是不夠的养距。而cmos傳感器可以在更高的幀率下工作诉探，在全分辨率下可達(dá)每秒數(shù)千幀。然而棍厌，在每幀較短的曝光時(shí)間內(nèi)肾胯，普通的高速CMOS傳感器無法記錄足夠的光量來達(dá)到合理的信噪比。
圖3 斑馬魚心臟中(圖像右下角)的紅細(xì)胞從一個(gè)腔室被運(yùn)送到下一個(gè)腔室(1-3)耘纱，并進(jìn)入主動(dòng)脈(5)敬肚。這里顯示的圖像是在間隔25毫秒的情況下記錄的。用500us的曝光時(shí)間以2000 fps的幀率進(jìn)行記錄束析。
HiCAM高速像增強(qiáng)熒光相機(jī)的優(yōu)點(diǎn)
HiCAM高速像增強(qiáng)熒光相機(jī)通過將高速CMOS傳感器與圖像增強(qiáng)器相結(jié)合艳馒，實(shí)現(xiàn)了所需的光靈敏度和高幀率。圖像增強(qiáng)器將檢測到的光子數(shù)量提高了幾個(gè)數(shù)量級(jí)员寇。這樣弄慰，就可以以每秒2000幀的速度記錄斑馬魚的血液流動(dòng)。圖3顯示了斑馬魚心血管系統(tǒng)中紅細(xì)胞的流動(dòng)情況蝶锋。
HiCAM高速像增強(qiáng)熒光相機(jī)-高靈敏度陆爽，幀頻可達(dá)4000幀/秒，實(shí)時(shí)熒光顯微成像的理想選擇扳缕！對(duì)于HiCAM高速像增強(qiáng)熒光相機(jī)有興趣或者任何問題慌闭，都?xì)g迎通過電話、電子郵件或者微信與我們聯(lián)系躯舔。
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