Red Star Vietnam Co., Ltd.
Icons giỏ hàng Cart 0
Total : đ
Home  /  News  /  Scientific & Engineering

Microscope Applications in Life Science

233 views - 2019-10-28 17:52:14

 

 

Life Science

 

Life science refers to the fields of science that involve the scientific study of processes and structures of living organisms. While biology remains the centerpiece of the life sciences, related fields such as biochemistry, biophysics, or medicine are also included. Life science applications aim at understanding organisms and their place in the ecosystem.

 

                          

 

 

rapidFLIM (Fluorescence Lifetime Imaging)

Fast imaging technique redefining the standards for dynamic FLIM imaging

 

rapidFLIM measurements enable the imaging of dynamic processes via fluorescence lifetime imaging (FLIM). This new approach allows for fast FLIM acquisition up to several frames per second for imaging of dynamic processes (e.g., protein interaction, chemical reaction, or ion flux), highly mobile species (e.g., mobility of cell organelles or particles, cell migration), and investigating FRET dynamics. More than 10 frames per second can be acquired, depending on sample brightness and image size.

                   

 

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Fluorescence Lifetime Imaging (FLIM)

Imaging technique based on differences in the excited state decay rate

 

Fluorescence Lifetime Imaging (FLIM) produces an image based on the differences in the excited state decay rate from a fluorescent sample. Thus, FLIM is a fluorescence imaging technique where the contrast is based on the lifetime of individual fluorophores rather than their emission spectra. The fluorescence lifetime is defined as the average time that a molecule remains in an excited state prior to returning to the ground state by emitting a photon.

As the fluorescence lifetime does not depend on concentration, absorption by the sample, sample thickness, photo-bleaching and/or excitation intensity it is more robust than intensity based methods. At the same time, the fluorescence lifetime depends on a wealth of environmental parameters such as pH, ion or oxygen concentration, molecular binding or the proximity of energy acceptors making it the technique of choice for functional imaging of many kinds.

                             

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Phosphorescence Lifetime Imaging (PLIM) 

Imaging technique for long lived samples

 

Phosphorescence Lifetime Imaging (PLIM) is similar to Fluorescence Lifetime Imaging (FLIM), only that it images the phosphorescence from the sample and consequently covers time ranges up to milliseconds. Analogous to FLIM, the contrast in a PLIM image is based on the lifetime of individual fluorophores rather than their emission spectra. The phosphorescence lifetime is defined as the average time that a molecule remains in an excited state prior to returning to the ground state by emitting a photon.

PLIM, or generally the characterization of phosphorescent compounds has been of great importance in the field of materials science namely chemical sensing for many years , and has renewed its interest over the past decade with the booming development of Organic Light Emitting Diode (OLED) technology. Other typical samples include metal ions complexed with organic ligands, which can be used to, e.g., image oxygen consumption in living cells.

                               

 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Truyền năng lượng cộng hưởng Förster (FRET)

Truyền năng lượng cộng hưởng Förster dựa trên thời gian sống (FLIM-FRET)

 

FRET là một tiến trình phi bức xạ, trong tiến trình này năng lượng từ một phân tử huỳnh quang kích thích (Donor) được truyền đến một chất huỳnh quang thứ hai không kích thích (Acceptor) tại vùng lân cận trực tiếp. FRET được sử dụng như là thang đo phân tử do có độ nhạy trong khoảng từ 2nm đến 10nm. Quá trình truyền năng lượng làm nguội phân tử huỳnh quang kích thích và dẫn đến thay đổi về cường độ và thời gian sống huỳnh quang của cả hai chất huỳnh quang. Như là điều kiện tiên quyến, phân tử huỳnh quang kích thích thường được kích thích trực tiếp trong khi quá trình này nên tránh với chất huỳnh quang thứ hai.                                                                                                    

 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Kích thích xung đan xen (PIE)

Kích thích xung đan xen trong kỹ thuật truyền năng lượng cộng hưởng Foerster cặp đơn (spFRET)  và quang phổ tương quan chéo huỳnh quang (FLCCS)

 

Kích thích xung đan xen (PIE) là kỹ thuật đồng bộ hóa một vài nguồn laze. Xung laze được tách riêng trên một thang thời gian nano-giây để quan sát đồng thời sự biến đổi đặc tính theo thời gian của phân tử khi được kích thích bởi các nguồn laze khác nhau. Trong phương pháp này thì thường hai nguồn laze với bước song phù hợp được lựa chọn để kích thích lần lượt hai chất huỳnh quang. Xung laze được phát lần lượt để tạo ra chuỗi xung đan xen. Để trách việc phát xúc cùng lúc, tốc độ lặp lại của nguồn laze được điều chỉnh để huỳnh quang của mỗi chất nhuộm phân rã hoàn toàn trước khi kích thích chất tiếp theo.

PIE thường được sử dụng kế hợp với kỹ thuật truyền năng lượng cộng hưởng Foerster cặp đơn (spFRET), ở đó donor và acceptor được kích thích luân phiên. Bằng cách này chất  huỳnh quang của acceptor được kích thích độc lập với quá trình FRET để chứng tỏ sự tồn tại và quang hoạt của nó. Phân tử mà thiếu donor hoặc acceptor hoạt động được tách rời khỏi phức hệ FRET. Quá trình này cho phép phân biệt được phân tử FRET với một phân tử thiếu hoặc không phát quang.

                                                                                                

 

 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Quang phổ tương quan huỳnh quang (FCS)

Phân tích tương quan dao động cuồng độ huỳnh quang

 

Quang phổ tương quan huỳnh quang (FCS) là kỹ thuật phân tích tương quan độ dao động cường độ huỳnh quang theo thời gian. Kỹ thuật giúp có cái nhìn sâu sắc hiện tượng quang vật lý tác động đến độ dao động cường độ huỳnh quang hay tính chất khuếch tán và nồng độ tuyệt đối của các hạt. Nguyên nhân gây ra độ dao động huỳnh quang phổ biến và dễ quan sát nhất  là do dao động về nồng độ phân tử huỳnh quang trong một thể tích được quan sát. Phương pháp này ghi lại được quá trình biến đổi cường độ phát sáng huỳnh quang theo thời gian gây ra bởi các chất đơn huỳnh quang trôi qua thể thích được phát hiện. Các dao động cường độ này có thể xác định theo cường độ và thời gian thông qua quá trình tương quan tự động của các tín hiệu cường độ thu được, qua đó tính toán được số hạt huỳnh quang trung bình trong thể tích phát hiện và thời gian khuếch tán trung bình trên thể tích này. Cuối cùng, các thông số sinh hóa quan trọng như nồng độ, kích thước hình thái hạt (phân tử) hay độ nhớt môi trường có thể được xác định.                                  

 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Phổ tương quan thời gian sống huỳnh quang (FLCS)

Phân tích tương quan dao động cường độ huỳnh quang dựa trên thời gian sống huỳnh quang

 

 

Phổ tương quan huỳnh quang kết hợp kỹ thuật đếm đơn photon tương quan thời gian được gọi là phổ tương quan thời gian huỳnh quang (FLCS), đây là một phương pháp sử dụng kỹ thuật thu tín hiệu huỳnh quang phân giải thời gian pico-giây để tách biệt các FCS-contributions. Kỹ thuật FLCS đặc biệt hữu ích khi sử dụng các chất huỳnh quang có thời gian sống khác nhau do loại bỏ được hiện tượng trùng nền và nhiễu phổ. Trong kỹ thuật FLCS, chức năng phân tích tương quan tự động được tính toán cho mỗi phân tử huỳnh quang dựa trên hình thái phân rã. Cốt lõi của phương pháp này là quá trinh phân tách các dao động cường độ khác nhau mà có thời gian sống tương tự trên một đơn photon.

                   

 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Quang phổ tương quan huỳnh quang hội tụ kép (2fFCS)

Kỹ thuật đo hệ số khuếch tán tuyệt đối chính xác cao

 

Để phân tích định lượng trên một thí nghiệm FCS thì cần phải biết chính xác hình thái và kích thước dung tích đồng tiêu. Tuy nhiên lại có khó khăn là dung tích đồng tiêu phụ thuộc vào rất nhiều thông số quang học, ghép đôi không xứng hệ số chiết suất của dung dịch hòa tan mẫu và dầu nhúng vật kính, độ dày khác nhau của tấm đậy lam kính và độ bão hòa quang của chất nhuộm huỳnh quang.

Khác với kỹ thuật FCS truyền thống, 2fFCS là kỹ thuật loại bỏ được nhiễu tạp, do đó cho phép đo được hệ số khuếch tán tuyệt đối. Kỹ thuật 2fFCS sử dụng khoảng cách giữa hai thể tích đồng tiêu đề làm tham chiếu thay vì dựa vào kích thước và hình dạng của chúng.

                                                                

 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Kỹ thuật hiển vi làm nghèo bức xạ (STED)

Chụp ảnh hiển vi vượt qua giới hạn nhiễu xạ quang học

 

Hiển vi làm nghèo bức xạ (STED) là kỹ thuật hiển vi huỳnh quang đạt được độ phân giải tốt hơn độ phân giải bị giới hạn bởi nhiễu xạ quang học trên các loại kính hiển vi đồng tiêu. Độ phân giải cao đạt được là nhờ vào quá trình ngắt tín hiệu huỳnh quang của các phân tử nhuộm thông qua bức xạ cảm ứng bởi nguồn laze kích thích cường độ cao tại các vùng ngoài của điểm hội tụ kích thích giới hạn bức xạ. Cường độ bức xạ lớn khiến các phân tử được kích thức quay trở lại trạng thái cơ bản. Huỳnh quang từ các phân tử nhuộm kích thích còn lại trong vùng trung tâm hội tụ được sử dụng để xây dựng ảnh phân giải cao. Do kỹ thuật STED tạo ra một dung tích quan sát nhỏ hơn nên có thể áp dụng cho các kỹ thuật hiển vi khác như FCS. Trong trường hợp này, thông tin thu được ở các đường kính dung tích quan sát khác nhau giúp tạo dựng ảnh 2D cho các loại mẫu không đồng nhất như màng sinh học chẳng hạn.                                                                                                                                                         

 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Thu ảnh đơn phân tử

Nghiên cứu đơn phân tử

 

Nhiều hệ thống không đồng nhất ở cả trạng thái động lẫn tĩnh, trong đó đặc biệt hệ thống không đồng nhất động là chìa khóa để biết được chức năng và sự tương tác của các hệ thống. Các phép đo thông thường chỉ biết được giá trị trung bình. Nói cách khác, sự di chuyển của đơn phân tử là bằng chứng trực tiếp về quá trình dao động hàm chứa các thông tin tĩnh và động chi tiết. Kỹ thuật thu ảnh đơn phân tử vượt qua được giới hạn khuếch tán và đã được trao giải thưởng Nobel năm 2014 trong lĩnh vực hóa học.

                                                                                   

 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Huỳnh quang phân giải thời gian

Các phép đo thời gian sống huỳnh quang

 

Thời gian sống huỳnh quang (hay còn gọi chung là phát sáng quang hóa) là đặc tính của mỗi phân tử huỳnh quang hoặc lân quang, do đó được sử dụng để xác định đặc tính mẫu. Tuy nhiên, thời gian sống huỳnh quang bị tác động bởi các tích chất hóa học trong môi trường của chúng. Ngoài ra, các tiến trình như truyền năng lượng cộng hưởng Förster (FRET), dập tắt, chuyển dịch điện tích, động học sonvát hóa hay chuyển động phân tử cũng tác động đến tiến trình động học phân rã. Do đó, sự biến đổi về thời gian sống có thể được sử dụng để thu thập thông tin về môi trường hóa học nội vùng hay quan sát cơ học phản ứng.                            

 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Dị hướng huỳnh quang (Phân cực)

Nghiên cứu định hướng và chuyển động phân tử

 

Các phép đo dị hướng huỳnh quang phân giải thời gian trạng thái tĩnh cho phép xác định được định hướng và chuyển động phân tử cũng như các quá trình tác động lên các phân tử. Ngoại trừ những trường hợp đặc biệt, dị hướng không phụ thuộc vào nồng độ của chất huỳnh quang mà phụ thuộc vào cường độ tín hiệu thu được. Do sự tương đồng với đặc tính thời gian sống huỳnh quang nên có thể coi dị hướng là một khía cạnh thông tin huỳnh quang thu được khác.

Phân tử với mômen chuyển tiếp hấp thụ (ATM) thẳng hàng với mặt phẳng phân cực của tiến trình kích thích sẽ được kích thích trước tiên. Quá trình này được gọi là “photo-selection”, lý dò là các phân tử với ATM năm vuông góc với bề mặt phân cực kích thích sẽ khong được kích thích cùng lúc, những phân tử này sẽ duy trì trạng thái cơ bản của chúng.

                

 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Phân tích khớp mẫu

Phân tích FLIM/STED nâng cao với phần mềm chuyên dụng

 

Chức năng phân tích khớp mẫu được tích hợp trong phần mềm chuyên dụng cho phép xác định các quần thể ở định dạng điểm ảnh pixel (chuất huỳnh quang, đường nền, tự phát huỳnh quang). Quá trình phân rã huỳnh vận hành như dấu vân cho mỗi chất phát quang và cung cấp công cụ phân tích thời gian sống huỳnh quang ưu việt. Phương pháp này cho phép phân biệt các loại tế bào, chất tự phát quang khác nhau dựa trên thời gian sống huỳnh quang của chúng. Chỉ cần xác định dấu vân phân rã của mỗi phân tử (ví dụ như đường nền hay các phân tử huỳnh quang khác nhau) nằm trong hình ảnh FLIM hay STED hoặc biểu đồ phân tán được lữu trữ dưới dạng khuôn mẫu. Biểu đồ phân tán (bản đồ đa dạng phân rã) là thông số quan trọng như thời gian huỳnh quang trung bình, được sử dụng xác định hệ tâm khối của thời gian đến photon trung bình. Biểu đồ thứ hai là biểu đồ delta_tau cho biết số mũ và hợp phần được bao gồm trong quá trình phẫn rã thời gian. Bằng cách khớp mẫu, cường độ của mỗi mẫu được xác định trong mỗi pixel ảnh. Kết quả là kỹ thuật khớp mẫu giúp tăng tốc và nâng cao khả năng phân tích FLIM và STED. Các vùng mẫu được phân tích với phương pháp này có thể được tiến hành phân tích sâu thêm với kỹ thuật khớp đa hàm số mũ phân rã.                                                                                                                                         

 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Thu ảnh và chụp cắt lớp quang học khuếch tán

Nghiên cứu đặc tính quang học của mô sinh lý

 

Trong kỹ thuật kích thich đôi photon (TPE), một nguồn laze công suất cao có xung cực ngắn được chiếu vào mẫu. Cường độ photon cao hội tụ trên bề mặt mẫu dẫn đến khả năng một chất huỳnh quang hấp thu một đôi photon gần như đồng thời. Bước sóng của nguồn laze kích thích được lựa chọn sao cho năng lượng kết hợp của cặp photon kết nối giữa trạng thái cơ bản với trạng thái kích thích ban đầu của phân tử. Các nguồn laze được lựa chọn cho ứng dụng này thường là nguồn laze Ti:Sa có độ rộng xung femto-giây và bước sóng điều biến trong khoảng từ 690 nmm đến 1040 nm. Tại các bước sóng hồng ngoại, ánh sáng kích thích được tán xạ rất ít lên mẫu, độ sâu của một điểm được hội tụ tập trung có thể lên đến một vài mili-mét.                                                                                      

 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Kỹ thuật kích thích đôi photon (TPE)

Chụp ảnh tổ chức mô nằm sâu với kỹ thuật kỹ kích thích đôi photon

 

Kỹ thuật chụp cắt lớp (DOT) và thu ảnh quang học khuếch tán (DOI) là kỹ thuật sử dụng nguồn sáng ở vùng phổ cận hồng ngoại để đo lường các tích chất quang học của mô sinh lý. Các kỹ thuật này phù hợp với các loại mẫu mà ánh sáng có thể truyền qua, do đó rất phù hợp với các loại mô mềm như mô não, mô vú. Thông qua quan sát những biến đổi về không gian-thời gian trong quá trình hấp thụ và tán xạ ánh sáng của tổ chức mô thì sự biến đổi về diện tích trong nồng độ oxy-haemoglobin, deoxy-haemoglobin hay tán xạ cấu trúc mô có thể được thu ảnh. Dựa trên kỹ thuật này thì bản đồ không gian về cấu trúc mô như nồng độ tổng hemoglobin, độ hòa tan ô-xy trong máu, độ tán xạ có thể được tạo dựng bằng các thuật toán dựng lại mô hình. Kỹ thuật DOT và DOI được sử dụng cho những ứng dụng quan sát mô nằm sâu như chụp ảnh tế bào ung thư vú, chụp ảnh chức năng não bộ, phát hiện đột quỵ, nghiên cứu chức năng cơ bắp, liệu pháp quang động lực, liệu pháp chiếu xạ.      

 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Ôxy mức đơn

Phép đo độ nhạy cao trong vùng phổ cận hồng ngoại

 

Ôxy mức đơn là tên gọi phổ biến của ôxy phân tử ở trạng kích thích điện tử, có độ ổn định thấp hơn ôxy phân tử ở trạng thái cơ bản. Nó thông thường được tạo ra qua quá trình dịch chuyển năng lượng từ trạng thái kích thích của một chất nhạy quang tới phân tử ôxy. Đặc tính phản ứng của ôxy mức đơn là để phá hủy tế bào ung thư trong liệu pháp quang động lực. Để tối ưu hóa những liệu pháp điều trị như vậy, các nghiên cứu hiện tại đang cố gắng thiết kế ra các phân tử nhạy quang phù hợp để sinh ra ôxy mức đơn. Các nghiên cứu khác lại tập trung vào thời gian sống phát xạ của ôxy mức đơn để thu được các thông tin về môi trường các phân tử ôxy phát xạ. Các nghiên cứu ôxy mức đơn thường được thực hiện dựa trên các phép đo lân quang phân giải thời gian và trạng thái tĩnh cùng với tín hiệu phát xạ quanh bước sóng 1270 nm. Kỹ thuật đo này gặp nhiều khó khăn vì độ phát xạ của ôxy mức đơn khá yếu khi so sánh với tín hiệu huỳnh quang của một chất nhạy quang chẳng hạn.

     

 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Cắt và ăn mòn mẫu sinh học bằng laze

Tích hợp nguồn laze với kính hiển vi để tiến hành thao tác mẫu chọn lọc

 

Nguồn laze xung giúp có thể thao tác xử lý các cấu trúc mẫu nằm trong mô và tế bào, thậm chí ở cấp độ phân tử hay can thiệp vào quá trình hình thành tế bào. Khi sử dụng nguồn laze để cắt các cấu trúc tế bào như vi cấu trúc hình ống hay loại bỏ toàn bộ tế bào cho phép nghiên cứu lĩnh vực sinh học phát triển và tế bào học. Kỹ thuật này cung cấp cái nhìn mới về cấu trúc thoi vô sắc, phân ly nhiễm sắc hay vận động tế bào. Bên cạnh đó, kỹ thuật này được sử dụng để kích hoạt gen hay cung cấp những thông tin mới về nguồn gốc, chủng loại rồi chức năng của từng tế bào trên sinh vật đang phát triển.

Cắt và ăn mòn mẫu bằng laze là phương pháp rất linh hoạt để thao tác tại bất kỳ vị trí, khuôn mẫu hay thời điểm nào trên cấu trúc mô và tế bào sống, đây được coi là lợi thế căn bản nhất. Kỹ thuật này đạt đến độ phân giải sub-micron, cho phép thao tác trên từng vi cơ quan tế bào. Mức độ ăn mòn hiệu quả phụ thuộc vào nhãn tế bào. Để ăn mòn được hiệu quả thì cần có nguồn laze xung kích thích có tần số cao và công suất trung bình. Điều này giúp tối thiểu hóa nguy cơ phá hủy mẫu. Ngoài ra, mức độ ra nhiệt cũng được giảm tối đa do chiều dài xung ngắn. Do vây, khi sử dụng nguồn laze xung, thời gian phát sáng để ăn mòn rất ngắn và không gây phá hỏng mẫu.

                                                                                    

 

 

**************************************************************************************************************************************************************************************

Để được tư vấn và biết thêm thông tin chi tiết, xin vui lòng liên hệ:

Công ty TNHH Sao Đỏ Việt Nam

Email:  info@redstarvietnam.com

URL:   www.redstarvietnam.com 

Fast imaging technique redefining the standards for dynamic FLIM imaging

Related new