荧光显微镜被广泛用于生物化学和生命科学中，因为它使科学家能够直接观察细胞及其周围及其周围的某些化合物。荧光分子吸收特定波长范围内的光，然后在更长的波长范围内重新发射。但是，常规荧光显微镜技术的主要局限性在于很难对结果进行定量评估。荧光强度受实验条件和荧光物质浓度的影响很大。现在，日本科学家进行的一项新研究将改变荧光寿命显微镜领域。
 

 

　　解决常规问题的方法是关注荧光寿命而不是强度。当用短的一束光照射荧光物质时，产生的荧光不会立即消失，而是随着时间的推移实际上会以一种特定于该物质的方式“衰减”。“荧光寿命显微镜”技术利用这种现象，准确地定量荧光分子及其环境的变化。但是，荧光衰减非常快，普通相机无法捕获它。虽然可以使用单点光电探测器，但必须在整个样品区域进行扫描，以便能够从每个测量点重建完整的2D图片。这个过程涉及机械零件的运动。

　　

　　幸运的是，在《科学进展》杂志上发表的这项新研究中，上述科学家团队开发了一种无需机械扫描即可获取荧光寿命图像的新颖方法。领导这项研究的日本德岛大学后LED光子学研究所（pLED）的Yasui Takeshi Yasui教授解释说：“我们的方法可以解释为在2D空间上同时绘制44,400盏“光秒表”，以测量荧光寿命- -一次即可完成，无需扫描。” 那么，这是如何实现的呢？

　　

　　他们方法的主要支柱之一是使用光学频率梳作为样品的激发光。光学频率梳本质上是一种光信号，由许多离散的光学频率之和组成，它们之间具有恒定的间隔。在本文中，“梳”一词是指相对于光频率绘制信号时的外观：等距的“尖峰”密集簇，从光频率轴上升起，类似于发梳。使用特殊的光学设备，将一对激发频率梳状信号分解为具有不同强度调制频率的单个光学拍信号（双梳光学拍），每个频率携带一个调制频率，并照射到目标样品上。

　　

　　由于其荧光特性，样品会重新发射部分捕获的辐射，同时仍保留上述频率位置对应关系。然后，使用透镜将样品发出的荧光简单地聚焦到高速单点光电探测器上。再将测量到的信号数学上转换到频域中，并且可以轻松地从该调制频率下的激励信号与测量到的信号之间存在的相对相位延迟中计算出每个“像素”的荧光寿命。

　　

　　由于其卓越的速度和高空间分辨率，本研究中开发的显微镜方法将使利用荧光寿命测量的优势变得更加容易。Yasui教授说：“由于我们的技术不需要扫描，因此可以确保在每次拍摄中对整个样品进行同时测量，这对于需要动态观察活细胞的生命科学很有帮助。” 除了提供对生物学过程的更深入了解之外，这种新方法还可以用于对多个样品进行同时成像以进行抗原检测，该方法已经用于诊断新冠病毒。

　　

　　也许重要的是，这项研究展示了仅用作“频率标尺”的光学频率梳如何在显微镜技术中找到一席之地，以推动生命科学的发展。它有望开发出新的治疗方法，以治疗顽固性疾病并提高预期寿命，从而造福全人类。

　　

　　关于日本德岛大学

　　

　　德岛大学于1949年通过合并多种教育设施而建立，如今已发展成为日本颇负盛名的大学之一。它目前的愿景是寻求真理，创造知识，并以独立和自治的精神发展杰出的科学和文化，所有这些都是为了人类的和平发展和社会问题的解决。德岛大学拥有七个学院，八所研究生院以及一所文理学院，分布在三个主要校园中，分别为5,900名本科生和2,000多名研究生提供服务。该大学还拥有来自29个国家/地区的200多名国际学生。德岛大学向全世界开放，为创造未来的富裕与和平社会而努力。

　　

　　关于日本德岛大学后LED光子学研究所（pLED）

　　

　　该研究所于2019年3月在德岛大学成立，旨在开辟下一代不可见光的新领域，即深紫外，红外和太赫兹。pLED的研究包括在该波长下实际光源的开发和应用。pLED还通过将光学科学与医学相结合来开发创新的医学技术。所有具有不同专业知识的研究人员都将在共同的愿景和方向上进行尖端的光学科学。pLED将通过具有不同背景的研究人员之间的密切交流和互动，在一个专业领域之外开展跨学科研究。

　　

　　关于德岛大学的安井武史教授

　　

　　Yasui Takeshi教授于1992年毕业于日本德岛大学，并获得了两个博士学位：1997年获得德岛大学的工程学博士学位和2013年获得奈良医科大学的医学科学博士学位。自2019年以来，他一直担任研究所所长德岛大学后LED光子学（pLED）。他发表了100多篇经过同行评审的论文，目前对光频率梳，太赫兹仪器和非线性光学显微镜的研究感兴趣。