深圳大学物理与光电工程学院，光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室，广东 深圳 518060
荧光寿命显微成像（FLIM）已经广泛应用于生命科学研究领域，具有高灵敏和高特异性的特点，在对组织微环境进行定量表征方面具有独特优势，但由于成像速度相对较慢，限制了FLIM的活体应用。近年来，随着光电子器件和人工智能等技术的发展，开启了FLIM活体成像新篇章。介绍通过优化硬件和算法两方面提升时域和频域FLIM技术的成像速度，以及其在生物医学基础研究和临床疾病诊断中的应用研究进展。最后，对活体FLIM成像的未来发展进行展望。
荧光寿命显微成像 人工智能 活体成像 癌症诊断 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618005
1 复旦大学工程与应用技术研究院生物医学工程技术研究所，上海 200433
2 复旦大学信息科学与工程学院光科学与工程系，上海 200433
酿酒酵母是最具有吸引力的微生物之一，监测其在不同生长时期的新陈代谢状态变化对基础生物学和工业研究都具有重要意义。依据酵母的生成曲线规律培养了不同时间的酵母细胞，基于荧光寿命显微成像（FLIM）进行自体荧光寿命图像的采集，并提出了一种基于机器学习的自动分析方法，可无标记快速鉴别年轻和衰老的酵母细胞。首先，采用深度监督U-Net实现酵母细胞的自动分割；然后，提取每个酵母细胞的荧光寿命特征和形态特征；最后，采用无监督聚类方法实现分类。实验结果表明，酵母的衰老伴随着新陈代谢的变化。FLIM作为一种无标记成像技术可应用于酵母细胞的代谢分析中，结合自动化分析流程可快速准确地区分具有不同代谢差异的细胞，为后续单细胞的筛选奠定了基础。
激光与光电子学进展
2022, 59(6): 0617019
深圳大学物理与光电工程学院 光电器件与系统重点实验室， 广东 深圳 518000
有机-无机卤化铅钙钛矿多晶薄膜太阳能电池在近几年的研究中实现了光电转换效率的快速增长。然而，其多晶结构的活性层导致器件仍然遭受到表面和晶界位置缺陷引起的性能衰减。本研究借助两种有机氢碘酸盐，即苯乙基碘化胺(Phenethylammonium iodide,PEAI)和邻氟苯乙胺碘(2-Fluorophenylethylammonium iodide,o-F-PEAI)，在CH3NH3PbI3钙钛矿多晶薄膜表面形成钝化层。扫描电子显微镜和原子力显微镜分析结果显示，PEAI和o-F-PEAI处理后的钙钛矿薄膜晶界被钝化层明显填充，表面粗糙度也显著下降。另外，荧光寿命成像分析结果显示钝化后的钙钛矿薄膜具有更多的光子数和更长的荧光寿命。上述结果表明，PEAI和o-F-PEAI诱导的钝化层可以有效抑制多晶薄膜表面和晶界位置的缺陷复合行为。因此，钝化后的倒置结构钙钛矿太阳能电池器件功率转换效率(Power conversion efficiency,PCE)可以达到21%。此外，o-F-PEAI钝化处理后的器件由于氟离子的作用表现出更好的器件稳定性。
荧光寿命显微成像 倒置钙钛矿太阳能电池 表面钝化 fluorescence-lifetime imaging microscopy inverted perovskite solar cell surface passivation PEAI PEAI o-F-PEAI o-F-PEAI
1 深圳大学生命与海洋科学学院, 广东省植物表观遗传学重点实验室, 广东 深圳 518060
2 深圳大学龙华生物产业创新研究院, 广东 深圳 518060
3 深圳大学物理与光电工程学院, 广东 深圳 518060
细胞是动植物结构和生命活动的基本单位。 细胞过程的一个重要特点就是其生化组分在时空调控上的相互作用关系。 然而, 利用传统的生化方法（如酵母双杂交系统、 pull-down系统等）很难在空间上评估活细胞内分子间的相互作用。 光学技术的快速发展, 为研究活细胞中生物分子的时空动态提供了新的遗传研究工具, 其中荧光共振能量转移-荧光寿命显微成像（FRET-FLIM）技术在实时探测分析活细胞中生物大分子构象变化和分子间动态相互作用过程具有独特的优势, 如: 实现对活细胞的实时“可视化”研究, 同时具有高时空分辨率; 检测更加灵敏、 结果可信度高; 且基于简易的数学运算完成简单快捷的分析程序。 介绍FRET-FLIM技术的理论背景知识, 对比了该技术与传统蛋白相互作用技术研究的利弊, 同时归纳了其在蛋白相互作用、 细胞生物学和疾病诊断等方面的最新应用研究进展, 最后总结和讨论了FRET-FLIM技术的未来发展趋势, 以期能够为揭示活细胞的结构和细胞过程相关研究提供新的见解。
荧光共振能量转移 荧光寿命显微成像 蛋白相互作用 疾病诊断 Fluorescence resonance energy transfer (FRET) Fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM) Protein interaction Disease diagnosis 光谱学与光谱分析
2021, 41(4): 1023
深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统(教育部/广东省)重点实验室, 广东 深圳 518060
发展适用于低光子数应用环境的荧光寿命分析方法对快速荧光寿命显微成像(FLIM)方法的发展和应用都具有重要意义。受高密度单分子定位显微成像中压缩感知算法的启发,将荧光寿命分析看成一个稀疏逆问题,提出了一种基于交替下降条件梯度(ADCG)的荧光寿命分析新方法,并通过对模拟数据和实验数据进行分析,验证了ADCG-FLIM算法即使在低光子数情形下依然能够较好地分析荧光寿命,从而有利于活细胞快速FLIM技术的发展和应用。
生物光学 荧光寿命显微成像 时间相关单光子计数 低光子数 荧光寿命分析 交替下降条件梯度
