化学传感器的发光寿命损伤基于时域和频域的相机系统的比较

（论文部分内容摘抄）

基于发光寿命的成像仍然是利用化学传感器技术生成化学图像的最可靠方法。然而，只有少数商业系统能够使成像寿命在相关的纳秒至微秒范围内。在本技术说明中，我们比较了一个较旧的时域(TD)的性能基于频域(FD)的相机系统，其测量特性和对02和pH的适用性在环境样品中进行成像，并使用在光谱可见和近红外部分发射的不同指示染料系统。我们的结论是，新引入的FD成像系统提供比其前身，发光寿命测量的可比现在实现基于FD的强大而简单的化学成像。

近年来，比例发光强度成像由于其成本低和易于获得的设备而变得越来越重要。尽管如此，基于化学传感器的发光寿命成像，特别是磷光指示器，仍然被广泛使用，并被该领域的专家认为是最可靠的方法。基于寿命的化学成像在20年以前发展，并迅速超过了简单的基于发光强度的成像方法。特别是，具有片上电荷积累的快速可栅极电荷耦合器件(CCD)的易用性使时域技术得以发展。

(TD)用于磷光化学成像中快速寿命测定(RLD的发光寿命相机系统。这项技术在20世纪90年代建立起来，当时PCO发布了 SensicamSensimod，一种能够基于RLD的磷光成像的商用设备。几个研究小组获得了这种照相机系统，并开发了特别适合于这种照相机的传感器和方法。

在本技术笔记中，我们讨论了新开发的Sensimo相机系统替代方案的潜力。基于可调制的科学互补金属氧化物半导体(SCMOS)传感器，PCO开发了一种频域(FD)发光寿命成像照相机，即所谓的pco.flim.30虽然该系统已在荧光寿命成像是首次得到应用，但它在以下方面的潜力使用磷光指示剂的化学成像尚未得到彻底的评价。在这里，我们比较了这两种基于磷光指示剂的平面光电器件的化学成像潜力，磷光指示剂的半衰期在 US 范围内。特别是，我们使用 pH传感器作为测试系统，并评估了执行双寿命参考(DLR)的可能性。

时域摄像系统。该系统围绕热电冷却的、可快速门控的CCD摄像机（德国PCO公司）而构建。Sensicam Sensimod脉冲LED(光子学研究系统有限公司，英国)被用作激发源。对于成像，使用两个不同的LED(460nm，520nm)。其他出版物中描述的定制触发器盒控制LED阵列的调制、快门和图像捕捉。相机和触发单元由软件控制。数据(暗图像)以tiff格式保存，并根据标准程序进行分析。

CCD图像传感器由于其串行读出原理，本质上是慢的但通常具有低暗电流，允许长时间曝光。超小型金属氧化物半导体图像传感器采用平行和因此更快的读出但遭受显着更高的暗电流。这两种相机类型都是面阵相机，具有可比的灵敏度（量子效率）。原则上，它们都能够测量多指数衰变，但是这就需要更复杂的测量和图像处理协议。与时间相关单光子计数(TCSPC)扫描方法相比（其中整个发光衰减曲线是匹配的），这不是区域扫描相机的最 强有力的论据。尽管如此，图像采集率高，这使得观察动态过程成为可能。在终生测定精度方面，两款相机具有可比性，在像素分辨率方面也是如此：1280像素×1024像素(Sensicam Sensimod)vs1008像素x1008像素(pco.flim)。然而，Sensicam Sensimod的长寿命限制在>500ns，而pco.flim型号相机可以成像更短的寿命-(0.1ns到100us)。

我们研究了一个相当新的基于FD的终生成像系统，即pco.flim型号相机，与其前身，基于TD的 SensicamSensimod的潜力。据我们所知，这是首次使用基于荧光的成像系统进行基于磷光的化学成像(传感)我们的数据表明，新的pco.flim型号相机系统在使用平面光学元件进行化学成像方面具有类似的(如果不是更好的特性，并且环境光的干扰较小。由于SensicamSensimod 由于技术过时而不再可用，该领域，特别是年轻的研究小组正在等待一种新的系统来填补空白我们相信pco.flim型号相机系统能够做到这一点，并且有潜力在化学成像领域得到广泛应用。

这两个系统都可以作为独立的设备与任何物镜组合使用或安装在显微镜上。这使得基于寿命的化学成像范围从几平方厘米到平方微米。这种空间分辨率和寿命(对我们来说是ns)的灵活性，加上易于处理和用户友好的数据读出，使该系统对包括生命科学、海洋生物学或化学工程在内的各个领域都具有吸引力。

德国Excelitas PCO公司pco.flim型号相机，具备高分辨率、高感光度、弱光成像的优点，将显微研究实验过程完美记录，为实验提供强而有力的图像数据支持。

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