Photophysical properties and fluorescence lifetime imaging of exfoliated near-infrared fluorescent silicate nanosheets

剝離的硅酸鹽納米膜的近紅外熒光光物理性質(zhì)和熒光壽命成像

摘要翻譯

層狀硅酸鹽埃及藍(lán) (CaCuSi₄O₁₀, EB)、漢藍(lán) (BaCuSi₄O₁₀, HB) 和漢紫 (BaCuSi₂O₆, HP) 作為塊狀材料在近紅外 (NIR) 中發(fā)出明亮且穩(wěn)定的熒光，由于在這個(gè)光譜范圍內(nèi)有**小的散射、吸收和光毒性，所以這種材料在(生物）光子學(xué)領(lǐng)域具有高關(guān)注度。到目前為止，人們對(duì)這些硅酸鹽的納米膜 (NS) 的光學(xué)性質(zhì)知之甚少。在這里，我們將它們剝離成單分散納米膜，報(bào)告它們的物理化學(xué)性質(zhì)并將它們用于（生物）光子學(xué)。該方法使用球磨，然后是探針超聲處理和離心步驟，將硅酸鹽剝離成 NS，橫向尺寸和厚度分別低至 ≈ 16-27 nm 和 1-4 nm。它們?cè)?≈ 927 nm (EB-NS)、953 nm (HB-NS) 和 924 nm (HP-NS) 發(fā)射熒光，單個(gè) NS 可以在 NIR 中成像。熒光壽命從 ≈ 30-100 μs (塊狀) 降低到 17 μs (EB-NS)、8 μs (HB-NS) 和 7 μs (HP-NS)，從而在微觀和宏觀尺度上實(shí)現(xiàn)壽命編碼的多色成像。***，通過組織模型進(jìn)行遠(yuǎn)程成像以揭示生物成像的潛力。總之，我們報(bào)告了一種獲得單分散 NIR 熒光硅酸鹽納米膜、確定其尺寸相關(guān)的光物理特性并展示 NIR 光子學(xué)潛力的程序。

關(guān)鍵詞：

納米膜、硅酸鹽、剝離、近紅外熒光、顯微鏡、熒光壽命、生物光子學(xué)

圖文節(jié)選（1）

簡而言之，激發(fā)激光被調(diào)制并且從熒光信號(hào)的延遲可以推斷出壽命。與必須逐像素測(cè)量壽命的掃描方法相比，這種方式可以直接接收熒光壽命圖像。然而，頻域測(cè)量所需的時(shí)間選通相機(jī)需要使用具有已知壽命值的樣本進(jìn)行仔細(xì)校準(zhǔn)。因此，需要對(duì)單個(gè) NS 壽命進(jìn)行獨(dú)自測(cè)量。為了校準(zhǔn)基于頻域的壽命相機(jī)，我們使用了基于上述TCSPC 的方法獲得的 EB-NS 的壽命值（圖 5b），并在蓋玻片頂部的均勻?qū)又袑?duì)一片滴鑄的 EB-NS 進(jìn)行成像。然后，我們對(duì)所有 NS 類型的非均勻?qū)舆M(jìn)行成像（圖 6，圖 S16）。此外，由于 EB-NS 和 HP-NS 的壽命不同，我們可以根據(jù)具有 EB-NS 和 HP-NS 的區(qū)域的壽命圖像來識(shí)別 NS 類型（邊界）（圖 6d-f）。這種識(shí)別是通過使用相應(yīng)的相量圖（見材料和方法）進(jìn)行的。

圖文節(jié)選（2）

圖 6. 納米膜的熒光壽命成像。a. EB-NS 溶液滴鑄在蓋玻片上的強(qiáng)度圖像。b. 與 a 相同區(qū)域的頻域熒光壽命成像顯微鏡 (FLIM)圖像，但使用顏色編碼來顯示兩個(gè)不同壽命的納米膜。比例尺 = 5 μm。 c. 突出顯示兩種納米膜的相應(yīng)相量圖和 b 中的顏色編碼。壽命較長的納米膜以淺藍(lán)色顯示，而壽命較短的納米膜以深藍(lán)色顯示。d. 由 EB-NS 和 HP-NS 制成的條紋邊界的強(qiáng)度圖像。e. 與 d 中相同區(qū)域的 FLIM 圖像，但具有根據(jù)不同 NS的壽命值顯示的顏色編碼。 f. 相量圖突出顯示 e 中壽命的顏色編碼：EB-NS（較長壽命，藍(lán)色）和 HP-NS（較短壽命，紫色）。比例尺 = 5 μm。g. 宏觀頻域 FLIM 設(shè)置示意圖。h. 濃縮的 NS 滴鑄在紙上的強(qiáng)度圖像，顯示了波鴻魯爾大學(xué) (RUB) 的標(biāo)志。i. 與 h 中相同的一張紙的 FLIM 圖像，但具有 EB-NS、HB-NS 和 HP-NS 的壽命編碼顏色。比例尺 = 5 毫米。

圖文節(jié)選（3）

宏觀頻域熒光壽命成像：宏觀壽命成像裝置（圖 6g）由上述 PCO.FLIM 相機(jī)、石灰色 LED 和固定樣品的定制平臺(tái)組成。相機(jī)位于距樣品 ≈ 30 cm 的位置，配備固定焦距物鏡（f = 16 mm/F1.4，Thorlabs）、800 nm 長通濾光片（FEL0800，Thorlabs），和一個(gè) 920 nm 帶通濾波器（FB920-10，Thorlabs）。LED 從 ≈ 15 cm 的距離以低于 1 W 的功率照亮樣品（M565L3，Thorlabs）。光束由非球面聚光透鏡（ACL2520U-A，Thorlabs）準(zhǔn)直并由 LED 驅(qū)動(dòng)器（LEDD1B，Thorlabs）控制。在數(shù)據(jù)采集時(shí)，LED 由相機(jī)以 5 kHz 頻率的正弦波調(diào)制，并在像元讀出期間保持。為了獲得比較好的圖像質(zhì)量，對(duì) 16 個(gè)子幀中的每幀都增加了5 秒的曝光時(shí)間，并應(yīng)用了內(nèi)核大小為 5 的中值濾波器來減少脈沖噪聲。采集前未進(jìn)行校準(zhǔn)。

圖文節(jié)選（4）

圖 M1. 使用基于頻域壽命的相機(jī)進(jìn)行 FLIM 成像的定制光學(xué)設(shè)置示意圖。

關(guān)于pco.flim

pco.flim相機(jī)系統(tǒng)是第一種采用Two-Tap CMOS成像芯片的熒光壽命成像相機(jī)。相機(jī)的像素和激發(fā)光間的同步使100皮秒至100微秒間的熒光衰減時(shí)間的分析成為可能。在1008 x 1008像素分辨率上，pco.flim**多可以讀取45個(gè)雙幀/秒，且可支持5 kHz – 40 MHz頻率范圍的調(diào)制。

基本參數(shù)：

• pco.flim激光器作為落射熒光測(cè)量的光源

• 可選擇的激光波長和輸出功率

• 100 ps到100 μs的壽命測(cè)量

• 調(diào)制頻率從5千赫茲到40兆赫

• 500千赫茲到40兆赫外部調(diào)制信號(hào)

• 正弦/矩形的調(diào)制信號(hào)波形

• 像素分辨率1008 x 1008

• 頻域FLIM

• USB 3.0接口

• 量子效率39 %

• 動(dòng)態(tài)范圍1000:1

• 45 雙幀/秒 (2 tap讀出)

• 可選曝光時(shí)間為1 ms到2 s

• 無振動(dòng)水冷

• 特殊的測(cè)量與分析軟件

【關(guān)于埃賽力達(dá)科技Excelitas Technologies Corp.】

埃賽力達(dá)是一家技術(shù)經(jīng)驗(yàn)豐富供應(yīng)商，致力于提供先進(jìn)的、改善生活的革新技術(shù)，為生命科學(xué)、先進(jìn)工業(yè)、新一代半導(dǎo)體、航空航天等各終端市場(chǎng)的全球企業(yè)提供服務(wù)。公司總部位于美國賓夕法尼亞州匹茲堡。埃賽力達(dá)是光子技術(shù)設(shè)計(jì)、開發(fā)和制造領(lǐng)域的重要合作伙伴，為全球客戶提供傳感、檢測(cè)、成像、光學(xué)和特種光源方面的前沿創(chuàng)新技術(shù)。

廣州市元奧儀器有限公司作為埃賽力達(dá)在國內(nèi)的一級(jí)代理商，根據(jù)用戶的不同需求提供具備高性能、高質(zhì)量的產(chǎn)品，為客戶提供專業(yè)的方案，歡迎咨詢！

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廣州市元奧儀器有限公司成立于2007年，是一家專注于圖像成像與處理技術(shù)領(lǐng)域的科技型企業(yè)。

公司自成立以來，致力于引進(jìn)歐、美先進(jìn)光電相關(guān)領(lǐng)域的儀器設(shè)備，并為客戶提供專業(yè)綜合系統(tǒng)集成服務(wù)，是國內(nèi)經(jīng)驗(yàn)豐富的服務(wù)商。經(jīng)過多年的發(fā)展，元奧儀器已構(gòu)建涉及面較廣的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，國內(nèi)總部設(shè)立在廣州，同時(shí)在北京、上海、西安、武漢、長春等地設(shè)有辦事處，能夠高效響應(yīng)全國各地客戶的需求。

元奧儀器憑借深厚的行業(yè)資源與專業(yè)能力，成為眾多國際品牌產(chǎn)品的中國代理商，代理產(chǎn)品涵蓋了從高速攝像機(jī)、工業(yè)相機(jī)到顯微鏡數(shù)字相機(jī)、專業(yè)圖像分析系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域，并根據(jù)市場(chǎng)需求進(jìn)行知識(shí)轉(zhuǎn)化，投入自主研發(fā)， 為客戶提供質(zhì)量優(yōu)異，可靠可信的產(chǎn)品。目前我司的這些產(chǎn)品普及應(yīng)用于各大學(xué)院校、中國科學(xué)院所屬各研究所、工業(yè)企業(yè)、機(jī)械工業(yè)等各個(gè)行業(yè)，助力客戶解決復(fù)雜的視覺系統(tǒng)難題，提供高性能的產(chǎn)品和完善的解決方案。以其高分辨率的成像質(zhì)量和性能，在科研領(lǐng)域備受贊。 

展望未來，廣州市元奧儀器有限公司將繼續(xù)秉承其發(fā)展理念，不斷提升自身實(shí)力，加強(qiáng)與國際品牌的合作，引進(jìn)更多先進(jìn)的儀器設(shè)備與自，為中國各行業(yè)的科研和生產(chǎn)提供更專業(yè)的產(chǎn)品和服務(wù)，助力行業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展。