研究纤维测光系统 FLiP

用于神经科学光纤荧光

概述
RWD Fluorescence Lifetime Photometry System（FLiP）将 Time-Correlated Single Photon Counting（TCSPC）与光纤光度法相结合，用于实时监测自由活动动物大脑中的荧光寿命变化。FLiP 可提供稳定且定量的体内测量，用于研究神经递质释放、蛋白质‑蛋白质相互作用及蛋白构象变化，因为荧光寿命（τ）是一个内在参数，基本独立于探针表达量、光漂白和运动伪影。

为何选择荧光寿命？

• 寿命独立于荧光团浓度和激发功率，并可反映局部微环境与构象变化。
• 可提供无需基线归一化的定量、跨样本可比读数。
• 适用于睡眠研究、慢性疾病模型与纵向研究的稳定长期记录。
• 通过寿命型生物传感器实现对脑内分析物动态变化的高灵敏检测。

两种主流测量方法

• 时间域（TCSPC）：用脉冲光激发样品并记录荧光的时间衰减。TCSPC 对单个光子进行时间标记，构建衰减直方图并通过指数拟合提取寿命。在低光子通量下提供高时间分辨率与优异信噪比，能高精度分辨多个寿命成分。
• 频率域：用正弦调制的连续光激发，并通过相位延迟与调制深度计算寿命。实现更简单、采集速度快，适用于高光子通量样品或无脉冲激光的系统。

对比（时间域 vs 频率域）

• 寿命测量精度 — 时间域（TCSPC）：高；频率域：良好
• 弱荧光样品的 SNR — 时间域（TCSPC）：极佳；频率域：相对受限
• 分辨多个寿命成分 — 时间域（TCSPC）：高精度；频率域：需多频调制或 phasor 分析
• 采集速度 — 时间域（TCSPC）：相对较快；频率域：快速
• 高光子通量样品 — 时间域（TCSPC）：良好；频率域：优秀
• 激光要求 — 时间域（TCSPC）：脉冲激光；频率域：调制连续光源

FLiP 系统亮点

• 系统稳定性设计以最小化设备状态波动，支持可靠的纵向对比。
• 低系统噪声以在微弱信号下保持数据完整性。
• 支持长期可靠记录，跨数周的基线漂移得到最小化。
• 兼容主流荧光寿命生物传感器。
• 具备直接定量分析能力：计划提供标准曲线功能，将寿命读数转换为浓度估算。

应用示例

• 跨动物与慢性时程的神经调节剂测量：寿命读数（例如 GRAB ACh3.0）在激光功率与表达差异下保持稳定，能够区分行为状态。
• 精神疾病风险基因的机制研究：FLiP 在自由活动记录中用于揭示 Akap11 突变小鼠的纹状体 PKA 活性动态异常。
• 新型寿命传感器的开发与验证：例如 LifeCamp 钙寿命传感器，可实现跨细胞类型与行为的瞬时与基线钙信号的绝对测量。

技术参数 / 规格

• 系统通用规格
  • 激发波长选项：488、515、560、640、670 nm（可定制）
  • 脉冲频率：1–80 MHz
  • 寿命测量范围：1–10 ns
  • 采样率：1–50 Hz
  • DIO 数量：8
  • 电压水平：3.3–5 V
  • 光纤芯径：200 或 400 µm
  • 数值孔径（NA）：0.37
• 寿命生物传感器兼容性（含激发波长示例）
  • Ca2+: Tq–Ca–FLITS — 激发 ~439 nm；tr-CCaMP — ~437 nm；tr-GCaMP — ~493 nm；tr-RCaMP — ~563 nm；RCaMP1h — ~560 nm；LifeCaMP — ~488 nm
  • ACh（乙酰胆碱）：GRAB ACh3.0 — 488 nm；GRAB FLIM-ACh 变体 — 515 nm；GRAB WHalo-ACh-1.0（染料型） — 565 nm / 680 nm（JF 染料）
  • DA（多巴胺）：dLight3.8 — 488 nm；GRAB FLIM-DA1.0 — 515 nm
  • PKA: tAKARα、tAKARβ、tAKARγ — 488 nm；FLIM-AKAR — 488 nm；GRAB FLIM-PKA — 515 nm
  • PKC: CKAR3 — 488 nm
  • 细胞外谷氨酸：Rncp-iGluSnFR1 — 560 nm
  • 血清素（5-HT）：sDarken — 488 nm
  • 去甲肾上腺素（NE）：GRAB FLIM-NE1h / GRAB FLIM-NE1m — 515 nm；GRAB rNE3.0 — 560 nm；染料型 GRAB TMP-NE1.0 — ~690 nm；GRAB WHalo-NE — 565 nm / 680 nm（JF 染料）
  • 5-HT（替代）：GRAB FLIM-5-HT0.3 — 515 nm
  • CRF：GRAB rCRF1.0 — 570 nm
  • PACAP：GRAB rPACAP1.0 — 570 nm
  • 葡萄糖：iGlucoSnFR-TS — 400 nm
  • 乳酸：LiLac — 425 nm
  • ATP：qMaLioffG — 488 nm