吸光度(光密度) - 在分光光度计或类似设备中测量的化学或生物物质吸收的光量。吸光度的单位等效于倒数透射率的对数(透射光强度与入射光强度的比值)。吸收带通常覆盖很宽的波长范围(数十或数百个),并且通常绘制为强度、透射率或光密度与波长的关系图。
声光可调谐滤波器 (AOTF) - 一种利用声波来调制激光或非相干照明源(主要是电弧放电灯)发出的光的波长或强度的滤波装置。滤波器由特殊的晶体(如氧化碲或石英)组成,夹在声学换能器和吸收器之间,以诱导具有高低折射率交替域的驻声波。当偏振光或非偏振光通过滤光片时,晶体充当衍射光栅以偏转入射光束。通过改变传递到晶体的声波的频率来选择特定的波长,从而改变衍射光栅的周期。
吖啶橙- 含有吖啶核的氮杂环发色团,通过插入连续碱基对与 DNA 和 RNA 结合,在绿色到红色波长区域产生强但非常宽的发射带。吖啶橙由蓝绿色激光(488 纳米)或与电弧放电灯(汞或氙气)耦合的紫外线、紫色和蓝色干涉滤光片激发。荧光团是显示许多细胞结构的绝佳候选者,但由于发射光谱宽,因此不适用于多探针染色。
Alexa Fluor Dyes - 合成荧光共轭染料,由 Molecular Probes 注册商标,可用于标记抗体、核酸,以及作为蛋白质、细胞骨架元件、脂质和一般神经科学的通用探针。Alexa Fluor 染料的激发和发射光谱跨越紫外区域和整个可见光谱的较高波长部分,甚至延伸到近红外频率。一般来说,Alexa Fluor 染料以其高稳定性和抗光漂白性而著称。
衰减(阻塞)水平- 在光学系统(例如荧光显微镜)中检测到可见光或紫外光信号之前,对其进行减少或抑制。衰减程度通常以特定波长或波长范围表示,作为相对强度或绝对光密度的函数。衰减,也称为光强度的调制或阻挡,可以通过共聚焦显微镜中的中性密度滤光片或声光可调滤光片 ( AOFT ) 来实现。
自发荧光(初级荧光) - 由于生物标本和其他材料中存在的内源性代谢物和有机或无机荧光化合物而产生的背景荧光。在某些情况下,自发荧光强度足够高,会与荧光标记分子的预期信号混淆。生物细胞和组织中自发荧光的常见来源是黄素、黄素蛋白和核苷酸(FAD和 FMN)、B 族维生素、还原的吡啶核苷酸(NADH和NADPH))、脂肪酸、细胞色素、卟啉、脂褐素色素、血清素和儿茶酚胺。植物细胞中的自发荧光主要来自叶绿素(红色荧光)和木质素(绿色荧光)。一般来说,当用蓝色和紫外线激发波长检查活细胞时,自发荧光发射最大。
自动荧光图像细胞术 (AFIC) - 荧光探针的应用与计算机显微镜系统(反射光荧光显微镜、低光级相机和计算机)相结合,能够以可靠和准确的检测对染色标本进行高速自动筛选几乎所有的细胞。通过使用附着在抗体或核酸上的特异性和灵敏的荧光染料,可以使用这种技术监测临床标本中的疾病标志物。目标荧光团的选择性激发产生具有高信噪比的图像,进一步提高了检测的灵敏度。
平均透射率- 在过滤器命名法中,平均透射率是指在特定区域(有用的透射带)而不是整个光谱中透射的平均光水平。在标准带通滤波器中,平均传输区域跨越传输频带的半高全宽 ( FWHM )。在长通和短通滤波器中,该术语分别表示透射过截止波长和截止波长的波长区域。
背景- 不属于荧光探针发射信号的一部分的可检测光(噪声)。背景噪声的来源包括激发和发射滤光片之间的串扰、激发和发射滤光片中针孔伪影的漏光、封固剂中荧光染料的渗出、非特异性荧光染料染色、数码相机系统中的电子噪声和自发荧光。理想情况下,荧光显微镜的背景应该是乌黑的,以最大限度地提高样品对比度。
带通滤波器- 一种滤波器,它传输特定区域(或波段)的波长,同时衰减波长比通带更短和更长的光。传输波段的中心波长称为中心波长(通常缩写为CWL)。有效带宽由半高全宽 ( FWHM ) 传输表示,也称为半带宽 ( HBW )。带通滤光片通常用作激发,较少用作荧光显微镜中的屏障滤光片。
屏障(发射)滤光片- 一种光学滤光片,通常设计为长通或具有明确定义的带通区域,可传输物镜从样品收集的荧光发射波长,同时阻挡残留的激发光。屏障滤光片通常使用有色玻璃或多个干涉腔制造,并与激发滤光片和二色镜成组匹配以产生最佳效果。
分束器- 一种常见的光学装置,用于将入射光束分成两个或多个随后投射到不同方向的分量。分束器有多种配置以满足特定要求。用于光学显微镜的三目观察筒组件利用棱镜分束器将成像光束同时引导到目镜和传统或数码相机系统。偏振分束器由结晶双折射材料组成,可产生线偏振光。在荧光显微镜中,二色(通常称为二向色)镜充当分束器,将激发波长反射回光源,同时将较长波长的二次荧光发射传输到目镜或检测器。
生物发光- 一种生化氧化过程,导致能量以发射光的形式释放。萤火虫发光需要荧光素酶来催化底物荧光素和分子氧(在三磷酸腺苷存在下)之间的反应,是生物发光的常用例子。这种现象发生在各种各样的海洋生物和昆虫中。
渗透(交叉) - 当不需要的波长通过设计用来阻挡它们的滤光器传输时,就会发生渗透或交叉。当滤波器的设计不允许排除在带通区域之外的波长的完全破坏性干涉时,通常会出现这种效果。当入射光角度相对于滤光片表面高度倾斜时,或者当荧光染料的激发和发射光谱重叠时,渗透也是一个问题。
笼状荧光团-笼状荧光团通常与笼状部分(通常是有机结构)共价连接,但可以通过光脉冲光解释放(非笼状)。典型的荧光染料使用硝基苄基衍生物进行笼罩,将荧光物质锁定为不发荧光的互变异构形式。各种笼状分子已被合成并用于实验。
发色团- 具有特征性光吸收的天然或合成颜料,通常包含交替单键和双键的组合或高度环状芳香或杂环共轭。在光学显微镜中,发色团通常是指经典染料,如曙红、番红或苏木精,用于对组织进行染色以进行明场观察。荧光探针也被归类为发色团,因为它们在紫外、可见和/或近红外区域表现出强吸收光谱。
相干反斯托克斯拉曼散射 (CARS) 显微镜- 相干反斯托克斯拉曼散射显微镜的主要优点是它可以在不添加合成荧光标记或与荧光蛋白的内源耦合的情况下研究生物分子。相反,该技术基于目标分子的振动特性,不需要通过紫外线或可见光对物质进行电子激发。在实践中,来自两个源的近红外区域中的快速(皮秒或更低)激光脉冲通过显微镜物镜聚焦到样品上,并在横向和轴向平面上进行光栅扫描。脉冲通过选定的分子振动模式在频率上分离,并在物镜焦点处产生波长比入射光束短的新光束。
相干光- 由以相同相位振动的单个波定义的光束,但不一定在同一平面内。为了在长距离上保持相同的相位关系,相干光波必须是单色的(具有相同的波长)。例如,激光是高度相干的,几乎是单色的,并且通常是线偏振的。
冷镜- 一种专门的二色干涉滤光片,可在很宽的温度范围内工作,以反射整个可见光谱,同时非常有效地传输红外波长。与热镜类似,冷镜可以设计为入射角范围在 0 到 45 度之间,并以类似于干涉滤光片的方式构造有多层介电涂层。冷镜可用作激光系统的二色分束器,以反射可见光波长,同时透射红外线。
收集器透镜- 在宽视野荧光显微镜中,收集器透镜位于弧光放电灯和垂直照明器之间。现代灯箱配备了一个调节旋钮,可以使聚光透镜平移以聚焦灯放电等离子球。聚光透镜在大范围内收集光,并将光引导到垂直照明器的后部以传输到样品。当荧光显微镜被配置为适当的科勒照明时,聚光透镜用于在聚光镜(物镜)的前孔径中聚焦电弧等离子体的放大实像。
有色玻璃滤光片- 含有嵌入胶体或溶解金属的玻璃滤光片,旨在吸收特定波长,同时自由传输其他波长。在荧光显微镜中,有色玻璃滤光片曾被广泛用于激发和屏障滤光片组,并作为紫外线和红外线的有效阻隔剂。
共聚焦激光扫描显微镜 (CLSM) - 一种流行的光学显微镜模式,其中聚焦激光束以光栅图案沿样本的x和y轴进行横向扫描。发射的荧光(反射光信号)由光电倍增管检测并以像素显示在计算机显示器上。像素显示尺寸由电子设备的采样率和光栅尺寸决定。远离焦平面发射的信号光子被位于与样品共焦平面中的针孔孔径阻挡。该技术使样品能够沿z轴进行光学切片。
复合视图(投影视图) - 通过将沿共焦或多光子荧光显微镜的z轴采集的多个光学切片叠加在一起而创建的看似三维图像(该技术也可用于微分干涉对比光学)。在传统的宽场荧光显微镜中,由于远离直接焦平面的发射,三维标本的图像通常会变得模糊。当使用共聚焦显微镜收集时,相同的图像通常非常清晰。
串扰- 标准滤波器命名法中的一个术语,描述了两个串联(背对背)放置在一起的滤波器在指定范围内的最小衰减(阻塞)水平。在为荧光组匹配激发和阻挡(发射)滤光片时,应认真考虑滤光片串扰的程度。双色镜通常包括在荧光滤光片组合的串扰评估中。减少或消除串扰有助于提供不会因多重染色标本中荧光团的荧光发射而复杂化的图像,这些标本的光谱很大程度上超出了过滤器组的带宽。
花青染料(花青荧光染料) -花青染料含有集中的杂环苯并恶唑部分,是 Amersham, Inc. 首次销售的荧光探针,以其高度的光稳定性、良好的水溶性和相对高效的量子产率而闻名。花青染料可用作蛋白质、核酸和亚细胞成分的荧光标记物。荧光染料可以在分子水平上进行微调,以产生具有宽光谱激发和发射波长的衍生物,并且可以在结构上改变以控制溶解度、非特异性相互作用(降低背景噪声)和目标反应性。
去卷积荧光显微镜- 去卷积分析是一种将算法应用于沿光学(z) 轴以增强特定于给定图像平面或图像堆栈中多个焦平面的光子信号。显微镜必须配备连接到聚焦齿轮组的步进电机,以保证在样品焦平面之间精确定义的间隔内采集图像。在一个典型的应用中,去卷积分析用于使用荧光激发和发射从感兴趣的特定焦平面去模糊和去除离焦光(尽管该技术也适用于其他照明模式)。最复杂的应用程序将反卷积分析应用于整个图像堆栈以生成投影视图或 3D 模型。
Descanning - 使样品在共聚焦显微镜中发出的光被物镜收集并通过扫描镜返回到二色镜的过程。当去扫描机构正确对齐时,探测器针孔处的荧光图像点保持稳定,不会摆动。
双色分光镜(分色镜)- 一种常用于荧光显微镜滤光片组的干涉滤光片/反射镜组合,可在透射和反射波长之间产生清晰的过渡。当相对于入射照明和发射光束以 45 度角倾斜时,二色镜通过 90 度角将短激发波长反射到样品上,并将较长的发射荧光波长直接传输到目镜和检测器系统。用干涉薄膜制造的用于荧光显微镜的双色镜能够反射 90% 或更多的激发光,同时传输大约 90% 的发射带。二色镜通常是三个滤光片(激发、屏障、
停留时间- 共聚焦显微镜中的一个术语,指的是允许扫描的激光束保留在与图像中的单个像素相对应的空间单位中的时间长度。通常,停留时间在 0.1 到 1 微秒或更长的范围内,但将停留时间设置为非常长的时间会增加光漂白率并降低活细胞的活力。
电子状态- 原子或分子中电子的整体配置,这反过来决定了分子中负电荷(电子)的分布和分子几何形状。任何给定的分子都可以以几种电子状态(基态或多重激发态)中的一种存在,这取决于总电子能量和轨道中电子自旋的对称性。在室温下,大多数分子以能量最少的电子态(基态)存在。当分子吸收光子时,电子被激发到更高的能量状态(激发态)。
发射光谱- 原子或分子(荧光染料)被来自另一个辐射源的光子或能量激发后发出的波长带(光谱)。荧光染料发射光子后,它会返回到地面能量状态,并准备好进行另一个激发和发射循环。通常,将荧光发射光谱绘制为作为波长的函数的相对强度,位于比刺激激发光谱更长波长的区域(实际上,平均发射波长长于激发的平均波长) . 此外,荧光发射光谱的波长范围和强度分布通常与激发波长无关。
落射照明(反射光) - 荧光和反射光显微镜的照明模式。在反射或外延配置中,照明源(通常称为垂直照明器)与物镜放置在样品的同一侧,它充当聚光镜和成像透镜系统的双重角色。荧光显微镜包含一个双色镜,它被巧妙地放置在光路内,以将来自灯的激发光反射到样品方向,并将发射的荧光传输到目镜或检测器系统。
激发(激励器)滤光片- 荧光显微镜光学系统中匹配滤光片组(或滤光片立方体)的第一个元件。激发滤光片,连同它的伙伴,通常安装在垂直(epi)照明器中,并过滤来自宽带光源(如汞或氙弧放电灯)的选定区域,以产生激发波长的波段用于荧光显微镜。激发滤光片通常使用干涉滤光片技术作为选择性带通滤光片生产,但它们也可能由有色(染色)玻璃组成。
激发光谱- 波长的光谱,通常跨越紫外和可见光谱,能够激发荧光染料(原子或分子)以显示荧光。激发光谱是通过扫描荧光染料或荧光团的吸收光谱而产生的,同时监测单个(峰值)波长的发射。以类似于吸收光谱的方式,由于受激分子的振动和旋转弛豫(内部转换),激发被加宽。吸收光谱和激发光谱不同,但经常重叠,有时甚至几乎无法区分。
滤光片斜率-滤光片的斜率表示阻塞和透射之间过渡区域中的滤光片分布。通常,滤光片的斜率由滤光片表现出特定阻塞水平的波长和该区域的变化率定义。两个滤光片可以具有相同的截止或截止波长,但仍然具有显着不同的阻塞水平和斜率。非常陡峭的斜率在截止或截止区域传输窄带宽的波长,而浅斜率具有大带宽。
荧光- 合适的原子或分子通过吸收适当能级(通常是紫外线或可见光)的外部辐射而被瞬时激发,以波长比吸收能量长的光子形式释放吸收能量的过程。在荧光中,被提升为激发轨道的单线态的电子与基态轨道中的第二个电子成对(或相反的自旋)。结果,电子返回基态是自旋允许的,并且伴随着光子的发射而迅速发生。荧光激发和发射过程通常发生在不到一纳秒的时间内。
荧光各向异性- 一个术语,指的是由于吸收偶极矩与入射光子的电矢量的瞬态对齐而对荧光团进行光选择性激发。与激发类似,激发荧光团的荧光发射发生在平行于发射偶极矩的平面中。激发和发射的跃迁(偶极子)矩相对于染料分子的分子轴具有确定的方向,并且彼此分开一个角度。在激发态寿命期间,荧光团的旋转将使其发射相对于激发矢量去极化,从而产生一种机制,用于测量包含荧光团的环境的刚度(粘度)。
荧光相关光谱 (FCS)- 主要用于激光扫描共聚焦或多光子显微镜,荧光相关光谱是一种旨在确定仅包含一个或几个分子的体积中的分子动力学的技术,产生有关化学反应速率、扩散系数、分子量、流速和聚集的信息. 在 FCS 中,用聚焦激光束照射小体积(大约一飞升),以记录由于占据体积的分子的数量或量子产率随时间变化而产生的自发荧光强度波动。相对较小的荧光团通过照明体积快速扩散,以产生短的、随机的强度爆发。相比之下,较大的复合物(与大分子结合的荧光团)移动得更慢,产生的时间更长,
荧光和 DIC 组合显微镜- 结合了光学显微镜、荧光和微分干涉对比 ( DIC) 中两种最强大的对比度增强技术) 可以耦合成像活细胞中的许多精细细节,同时观察添加的荧光团的分布。因为 DIC 需要使用透射光的偏振器和双折射分束器(Nomarski 或 Wollaston 棱镜)的复杂排列,目标视野的图像必须与反射光荧光获得的图像分开捕获。然后将生成的图像组合(叠加)以空间映射作为细胞结构函数的荧光强度。在某些情况下,荧光显微镜二色镜可用作偏振器(分析器),以实现两种模式的同时成像。
荧光滤光片组- 通常安装在立方体形光学块中,荧光滤光片组由激发和屏障(发射)滤光片以及二色镜组成。滤光片位于垂直照明器中,物镜上方,以便入射照明可以通过激发滤光片,并从二色镜的表面反射到样品上。样品发出的荧光被物镜收集并通过二色镜传输到目镜或检测器系统。荧光滤光片组与各种滤光片组合的带通区域相匹配,以最大限度地减少滤光片之间的串扰并最大化记录的荧光强度。
荧光原位杂交 (FISH) - 与水生生物没有直接关系,荧光 FISH 技术基于染色体 DNA 目标序列与荧光标记的单链互补序列(称为cDNA)之间的杂交,以确定特定基因序列的位置。在称为直接FISH的方法中,荧光染料直接与互补核酸探针偶联,从而使探针-目标杂交复合物能够用荧光显微镜观察。间接 FISH 涉及在杂交后将荧光标记的抗体与互补探针结合,以放大荧光信号并扩大可用于多次标记实验的荧光团的数量。
荧光寿命- 分子在返回基态之前保持在激发态的特征时间。在激发态寿命期间,荧光团可以发生构象变化以及与其局部环境相互作用。荧光寿命定义为荧光团的初始荧光强度衰减到初始强度的1/e(约 37%)的时间。这个量是从激发态到基态的荧光衰减速率常数的倒数。
荧光寿命成像显微镜 (FLIM) - 一种复杂的技术,可以同时记录图像中每个位置的荧光寿命和荧光团的空间位置。该方法提供了一种研究环境参数的机制,例如单个活细胞中的 pH、离子浓度、溶剂极性和氧张力,以空间和时间阵列形式呈现数据。纳秒激发态寿命的 FLIM 测量与局部荧光团浓度、光漂白伪影和路径长度(试样厚度)无关,但对激发态反应(如共振能量转移)敏感。
光漂白 (FLIP) 中的荧光损失- 在与 FRAP 相关的技术中,活细胞内的特定荧光区域通过强辐射照射反复进行光漂白。在测量的时间段内,如果所有荧光团都能够扩散到正在被光漂白的区域,则此操作将导致整个细胞中的荧光信号完全丢失。通过计算荧光从整个细胞中消失的速率,可以确定目标荧光团的扩散迁移率。
荧光显微镜- 光学显微镜中一种流行的临床和研究技术,它依赖于特定波长区域的荧光分子的激发,以产生由较长波长的二次荧光发射生成的图像。现代荧光显微镜配备反射光照明器,其中包含中性密度滤光片和干涉滤光片的专门组合,以将入射照明与检测到的荧光发射分离。
荧光和相差组合显微镜- 传统的相差光学可以与荧光显微镜结合使用,以观察活细胞和固定细胞中荧光团的空间分布,并将发射强度映射到特定结构和细胞器。因为相位对比技术需要传输,其与环形孔(改性光照明冷凝器环),并与空间滤波器检测(相位板) 位于物镜后焦平面,必须独立于荧光捕获视野以获得最佳对比度。然后将生成的图像组合(叠加)以空间映射作为细胞结构函数的荧光强度。一些制造商提供低密度相位板,可以在相差和荧光中同时对活细胞进行成像。
光漂白后的荧光恢复 (FRAP) - 荧光标记的大分子和小荧光团的平移迁移率(横向扩散系数)可以通过光漂白恢复技术来确定。在 FRAP 中,一个非常小的选定区域(直径为几微米)受到强烈照射,通常使用激光,以对该区域中的荧光团产生完全的光漂白。结果是荧光显着减少或消失。在光漂白脉冲之后,漂白区域中荧光强度恢复的速率和程度被监测为时间的函数,以生成关于荧光团重新填充和恢复动力学的信息。
荧光共振能量转移 (FRET) - 将共振能量转移现象应用于荧光显微镜,以获得关于活细胞中蛋白质、脂质、酶和核酸的结合和相互作用的定量时间和空间信息。FRET 显微镜使用稳态或时间分辨技术进行,但时间分辨 FRET 成像具有更准确地映射供体 - 受体距离的优势。配备适当激发和发射滤光片和灵敏摄像机的标准荧光显微镜可用于执行 FRET 成像。
荧光散斑显微镜 (FSM) - 一种与宽场和共聚焦显微镜兼容的技术,该技术采用非常低浓度的荧光标记亚基(例如,微管蛋白)来减少远离焦平面的荧光,从而提高标记结构及其动力学的可见性在活细胞的厚区域。这是通过仅标记整个感兴趣结构的一小部分来实现的。荧光斑点显微镜对于定义活细胞中细胞骨架元素(如肌动蛋白和微管)的运动和聚合动力学非常有用。
荧光染料 - 一种能够显示荧光的天然或合成染料或分子。荧光染料(也称为荧光分子、探针或荧光染料)通常是含有氮、硫和/或氧的多核杂环分子,具有离域电子系统和反应性部分,使化合物能够连接到生物物种上。
荧光团- 能够显示荧光的分子结构域或特定区域。荧光团分为两大类,内在的和外在的。内在荧光团是那些天然存在于生物结构和其他材料中的荧光团。外源荧光团被添加到不显示所需光谱(荧光)特性的样本中。在许多情况下,荧光团由较小的芳香族分子(荧光染料)组成,通过化学反应或吸收到较大的大分子上。典型的例子包括插入连续 DNA 碱基对之间的吖啶橙、偶联蛋白质或抗体中的荧光素部分,以及叶绿素中的四吡咯环系统。
Franck-Condon 原理- 控制荧光现象的基本概念,它基于分子核在电子跃迁期间是静止的这一事实(在 Franck-Condon 或 Jablonski 图中由垂直线表示)。从基态到更高能量激发态的电子跃迁发生在如此短的时间范围内(以飞秒为单位),以至于原子核没有足够的时间来振动。结果,唯一可能发生的从基态到激发态的电子跃迁是那些电子在基态和激发态中的位置概率最大重叠的情况。
半高全宽 (FWHM) - 玻璃或干涉滤光片透射波长的带通区域由称为半高全宽(缩写为FWHM)的参数描述。截止和截止边界被定义为产生过滤器最大透射率 50% 的下波长和上波长,中心波长 ( CWL ) 是带通区域波长的算术平均值。例如,FWHM 为 40 表示传输带宽跨越 40 纳米,并且在紫外线、可见光或红外线区域的任何地方都可能具有 CWL。FWHM在许多教科书中也称为半带宽 ( HBW )。
绿色荧光蛋白 (GFP) - 一种源自维多利亚水母水母的天然蛋白质荧光探针,通常用于确定活细胞和组织中目标蛋白的位置、浓度、相互作用和动力学。增强型GFP(一种遗传衍生物)的激发和发射光谱分别在 489 纳米和 508 纳米处达到最大值。为了将 GFP(或其任何遗传衍生物)整合到细胞中,将基因的 DNA 序列与编码目标蛋白质的 DNA 连接。培养的细胞用修饰的 DNA 转染后,它们能够表达嵌合荧光蛋白,以便在显微镜下观察。
谐波发生显微镜 (HGM)- 当涉及特定频率的两个或多个光子的光激发事件导致多个谐波(主要是二次和三次)的协同发射而不吸收光子时,就会产生谐波。谐波频率的产生本质上是一个非线性散射过程,产生的发射光子波长是入射照明的频率的两倍或波长的一半(用于二次谐波的产生)。在光学显微镜中,缺乏对称性的透明样品是使用谐波生成技术进行成像的理想选择。与典型探针和传统荧光显微镜照明技术的情况不同,改变激发照明波长会导致发射波长发生相应的变化。此外,
热镜- 一种专门的二色干涉滤光片,通常用于通过将热量反射回光源来保护光学系统。热反射镜可以设计为以介于 0 到 45 度之间变化的入射角插入光学系统,并且在热量积聚可能会损坏组件或对照明源的光谱特性产生不利影响的各种应用中非常有用。红外热镜反射的波长范围约为 750 至 1250 纳米。通过传输可见光波长同时反射红外线,热镜还可以用作荧光显微镜中专门应用的二色分束器。
免疫荧光显微镜- 一种荧光显微镜模式,其中样本中的目标分子种类(蛋白质、核酸、膜等)被高度特异性的荧光抗体标记。在标记的抗体被选定的波长区域激发后,物镜会收集二次荧光发射以形成样本的图像。抗体通过与荧光染料(荧光染料;称为直接免疫荧光)直接偶联,或与识别一抗上表位的第二荧光抗体(间接免疫荧光)偶联进行标记。
增强器硅增强器目标 (ISIT) 相机- 一种摄像机管,专为低光级成像应用而设计,例如对具有极低量子产率的样本进行荧光显微镜检查。这些视频管本质上是一个硅增强器目标 ( SIT ) 管,通过添加由光纤耦合的图像增强器作为光放大的第一阶段进行修改。
干涉滤光片- 设计用于透射或反射特定区域或波长带的滤光片,常用于荧光显微镜以将激发照明与荧光发射隔离。干涉滤光器是使用几种介电材料的交替层或介电材料和金属薄膜的连续层制造的。介电层之间(或介电层和金属层之间)的间距被限制为波长的四分之一或二分之一,以允许相长干涉并加强特定波长下光通过滤光片的传播。所有其他波长都会产生相消干涉并被吸收或反射,但不会通过滤光片。
固有寿命- 定义为在没有任何竞争激发态电子失活的过程的情况下激发态的寿命,固有寿命测量为荧光衰减速率常数的倒数。在实践中,荧光团的测量寿命是固有荧光寿命和导致激发态弛豫的非荧光过程(淬火、非辐射弛豫等)的组合。测量的寿命总是小于固有寿命,是量子产率的指标。
等吸收点- 当在平衡状态下经历化学或物理反应的荧光染料的激发或发射光谱被记录为每种物质浓度的函数时,通常会观察到等吸收点。这种混合物的发射与波长(或频率)的曲线通常会在一个或多个点(波长)处相交,称为等吸收点。对于一组具有相同总浓度的两种或多种不相关、不相互作用的荧光染料,该效应也可能出现在光谱中。在单一化学物质中,等吸收点将出现在摩尔消光系数相等的所有波长处。例如,当用钙滴定稀释溶液时,荧光染料 fura-2 的激发光谱在 362 纳米处显示等吸收点。
Jablonski Diagram - 荧光分子中基态和激发电子占据的能级的图形描述。单重态和三重态激发态通常分开说明,但彼此相邻。Jablonski 图将电子态和振动能级的相对能量位置标识为一系列水平线。状态之间的电子跃迁由垂直直线(激发和发射)表示,而内部转换、振动弛豫和猝灭现象由波浪垂直线表示。单线态和三线态之间的系统间交叉用对角直线或波浪线表示。
液晶可调滤波器 (LCTF)- 一种电子控制设备,可实现成像质量的光过滤,同时为光学显微镜提供通光孔径。这些滤光片通过一系列波片工作,波片由一层双折射材料和一个液晶层组成,并夹在两个线性偏振器之间。通过改变施加到与该层相邻的透明导电涂层的电压来微调液晶层的双折射。进入滤光器的偏振光通过波片进行与波长相关的旋转,通过分析器(第二个偏振器)衰减并转换为幅度变化。LCTF 旨在通过改变液晶的双折射特性并采用多个串联波片来控制滤波参数。
长通 (LP) 滤光片- 一种光学干涉滤光片或有色玻璃滤光片,可在目标光谱(紫外线、可见光或红外线)的有效范围内衰减较短波长并透射(通过)较长波长。长通滤光片可能具有非常陡峭的斜率(称为边缘滤光片),由峰值透射 50% 处的截止波长描述。在荧光显微镜中,长通滤光片经常用于二色镜和屏障(发射)滤光片。现在不鼓励使用旧的高通术语来描述长通滤波器,因为它更准确地指的是频率而不是波长。
发光- 任何物质(通常是分子或原子)发出的光,由物理(光吸收)、机械或化学机制产生的电子激发态产生。发光在形式上分为两类,荧光和磷光,这取决于激发态的电子配置和发射途径。发光的产生可以通过紫外线或可见光光子(光致发光)、电子束(阴极发光)、加热(热致发光)、化学能(化学发光)的激发而发生。)、生化酶驱动反应(生物发光),或通过机械作用(摩擦发光)产生的能量,例如摩擦。
微通道板- 一种板,由带有金属化壁的毛细管的紧凑阵列组成,设计用于放大第二代(和更高代)图像增强器中的光电子信号。来自增强器目标的光电子被加速到板上,并与管壁发生多次碰撞和电子放大事件,导致大的电子级联和原始光子信号的放大。微通道板可用于检测荧光显微镜中非常微弱的发射信号。
镜像规则- 当绘制为相对强度与波数(与波长相反)的函数时,荧光发射光谱通常是激发光谱的镜像。发生这种现象是因为受激电子返回到特定基态振动能级的概率与基态中振动和旋转能态与激发态中存在的振动和旋转能态之间的相似程度有关。实际上,电子从第零振动基态激发跃迁到第一激发态的第二振动能级的最可能返回路径是从激发态的第零振动能级到基态的第二振动能级(从S(0)=0激发到S(1)=2,然后是从S(1)=0发射到S(0)=2 )。
摩尔消光系数- 广泛用于光谱学、显微镜和荧光领域,摩尔消光系数通常用希腊符号epsilon ( ε ) 表示,可用于将吸光度单位转换为各种化学物质的摩尔浓度单位. 消光系数是通过测量参考波长(吸收分子的特征)下 1 摩尔(M) 具有 1 厘米路径长度的比色皿中目标化学品的浓度(每升 1 摩尔)。参考波长通常是紫外或可见光谱中吸收最大的波长。消光系数是分子吸收光能力的直接量度。
单色- 由单一波长组成的光束。单色光的概念很容易形象化,但由于海森堡测不准原理,这种现象实际上并不存在于自然界中。实际上,单色光并不真正局限于单一波长,而是由两个或多个波长组成的窄带。即使是来自激光器、激发原子源或窄带通干涉滤光片的单色发射,也具有可测量的带宽。
多荧光滤光片组- 专为同时查看、显微摄影或多个荧光信号的数字成像而设计,该滤光片组包含专门调整为通过两个或多个波长区域的干涉滤光片。该组中每个滤光片的透射曲线包含多个波峰和波谷,用于特定激发和发射波段的透射和反射,类似于传统的单探针滤光片组合。使用多探头过滤器组消除了使用单独的过滤器组合对多个探头进行顺序成像时发生的配准错误和图像偏移。然而,带宽限制,加上无法拒绝某些波长和传输曲线的有限陡度,
近场扫描光学显微镜 (NSOM) - 当亚微米光学探针与样品的距离非常近,并且光线通过该探针尖端的小孔透射时,就会发生近场成像。近场定义为表面上方的区域,其尺寸小于入射到表面的光的单个波长。在近场区域内,倏逝光不受衍射限制,纳米空间分辨率是可能的。这种现象使传统光学成像技术无法实现的样品的非衍射受限成像和光谱分析成为可能。
中性密度 (ND) 滤光片- 广泛用于光学显微镜中的各种应用,中性密度滤光片呈中性灰色(类似于烟熏玻璃),旨在均匀降低少数波长或整个波长的透射光强度波长光谱而不改变照明的光谱轮廓。中性密度滤光片是控制荧光显微镜照明强度的理想选择,因为通常用作光源的高强度弧光灯无法通过可调电源进行调节以控制电压。
Nipkow 磁盘- 一种薄的不透明磁盘,用于共聚焦显微镜以产生真实图像,可以进行目视检查或记录在高分辨率数码相机系统上。相比之下,传统的单点扫描仪器产生的图像由光电倍增管产生的信号重建,并显示在计算机显示器上。Nipkow 圆盘包含数以千计的微小针孔,当高速旋转时,每个针孔中的微型衍射极限点都会对样品进行平行扫描。来自样品的荧光发射被重新聚焦在圆盘上的同一针孔处,以提供与传统共聚焦显微镜中的单个针孔相同的功能来拒绝离焦光。
光学(分子)荧光笔- 一组独特的荧光蛋白,可以通过特定波长的照射(通常使用激光)改变光谱。蛋白质发色团可以被激活以从静止状态启动荧光发射(这个过程称为光激活),或者能够从一个荧光发射带宽光学转换到另一个(光转换),从而能够直接和受控地突出显示不同的分子池。一个细胞。
光镊(激光捕获) - 光镊,也称为单光束激光阱,它利用红外激光发射的光子流的辐射压力来捕获或捕获和重新定位微观物体,例如蛋白质涂层珠。该技术已被应用于测量运动蛋白运动产生的力和细胞粘附的强度。虽然激光镊子或最常用于宽场荧光显微镜,但它们也已被纳入共聚焦和多光子成像系统。
Peltier 热电冷却- 为荧光显微镜设计的数码相机的一个常见功能,Peltier 冷却系统由双金属条组成,在施加电流期间,该双金属条在一个表面变热而在另一个表面变冷。这些器件可用于在紧凑的空间内快速有效地将电荷耦合器件 ( CCD )冷却到环境温度以下 50 到 60 度之间。与传统的非冷却设备相比,冷却 CCD 相机系统可以在光电二极管中集成电荷更长的时间,而不会显着增加噪声水平。
磷光- 从激发三重态发出的光(光子),其中激发轨道中的电子与其基态中的电子具有相同的自旋方向。由于量子力学规则禁止向基态的三重态跃迁,因此磷光发射速率(以毫秒到秒为单位)比观察到的荧光发射速率慢得多。通常,在室温下,通常不会在溶液中观察到磷光,其中包括大多数化学和生化环境。
光激活- 基因编码的荧光蛋白在成像波长的激发下通常显示很少或没有初始荧光,但在通过不同(通常较低)波长的照射激活后显着增加其荧光强度,被称为可光激活的。在表现出光活化的蛋白质中,被称为PA-GFP的绿色荧光蛋白变体得到了最广泛的研究。
光漂白(褪色) - 由于光子诱导的化学损伤或共价修饰,分子永久丧失荧光。一般来说,当荧光染料从激发的单线态到三线态的系统间交叉时,就会发生光漂白。三重态分子很容易通过与相邻分子或氧的复杂化学反应进行修饰。与后一种物质的反应将永久破坏荧光染料并产生单线态氧自由基,可以化学修饰其他生物分子。荧光染料经过光漂白后,通常不会恢复。通过降低激发光通量或限制氧浓度可以显着降低光漂白率。
光电倍增管 (PMT) - 一种设计用于收集和放大光子信号的电子设备。进入的光子撞击光电倍增管表面的目标以释放自由电子,这些自由电子被加速到打拿极上,从而释放出放大的电子流。多个倍增极串联排列,以从每个原始光子中产生巨大的放大倍数,然后将信号传输到处理电路。与电荷耦合器件 ( CCD )等面阵探测器不同,光电倍增管不形成图像。
光毒性- 过度暴露于高强度照明后会对活体标本造成损害。光毒性水平通常随着波长的减少而增加,但人们对这种现象背后潜在的众多机制知之甚少。当同时暴露于靶向特定亚细胞位置(如细胞核、线粒体、高尔基体或内质网)的合成荧光团时,大多数活细胞显示出更高水平的光毒性。
针孔- 在共焦显微镜中,靠近光源和检测器的可变光阑针孔使显微镜能够在样品中产生焦平面的薄光学切片。在过滤器术语中,针孔是指在应用过程中由基材上的灰尘颗粒或碎屑产生的涂层中的小破裂(主要出现在干涉过滤器的薄膜中)。针孔尺寸是在特定条件下使用高强度照明根据标准测量的。
多色镜(Polychroic Beamsplitter) - 一种专门的镜子或分束器,旨在传输来自样品的荧光发射的多个带通区域,同时反射与激发带相对应的其他定义的波长区域。多色镜是多波段荧光滤光片组合的关键成员,可在对单个样品中的多个探针进行成像时消除配准偏移。最复杂的多色镜可以反射三个或更多激发带并传输至少三个发射带。
量子效率- 数字图像传感器行业常用的术语,量子效率是衡量图像传感器(如电荷耦合器件、CCD) 从入射光子产生电子电荷。从数量上讲,量子效率是指在参考时间段内每个入射光子由光电二极管产生的电子数。由于基板吸收系数对入射电磁辐射频率的依赖性,量子效率作为入射波长的函数而变化。实际上,图像传感器表面的二氧化硅、氮化硅和多晶硅薄膜造成的干涉效应也会导致量子效率的波长依赖性。大多数制造商将成像器量子效率作为与波长的关系图来进行比较。
量子产率- 荧光发射效率的定量测量,荧光染料或荧光团的量子产率表示为发射光子数与吸收光子数的比率。换句话说,量子产率表示给定的激发荧光染料产生发射(荧光)光子的概率。量子产率通常介于 0 和 1 之间,通常用作显微镜探针的荧光分子的量子产率范围从非常低(0.05 或更低)到几乎一致。通常,在大多数成像应用中需要高量子产率。给定荧光团的量子产率随环境因素(如 pH 值、浓度和溶剂极性)而变化,有时会达到极端情况。
淬灭- 由于环境条件(例如离子强度、pH、溶剂效应或降低发射效率的局部高浓度荧光染料)导致荧光染料的荧光发射减少。淬火表现为激发态电子非辐射弛豫到基态。当激发态荧光团靠近受体分子时,可以通过共振能量转移淬灭激发态能量可以转移到的受体分子。
红色荧光蛋白 (RFP) - 一种源自Discosoma属海葵的荧光蛋白,用作荧光探针来确定目标蛋白在活细胞和组织中的位置、浓度、相互作用和动力学。为了将 RFP 整合到细胞中,将基因的 DNA 序列与编码目标蛋白质的 DNA 连接。培养的细胞用修饰的 DNA 转染后,它们能够表达嵌合荧光蛋白,以便在显微镜下观察。
共振能量转移 (RET) - 处于激发态的荧光团供体可以通过偶极-偶极相互作用非辐射地将其激发能量转移到相邻(10 纳米内)受体发色团的过程。通过这种机制进行能量转移需要供体发射和受体吸收带之间的光谱重叠。能量转移通过在受体存在下供体荧光的猝灭和受体荧光的增加(敏化)发射来表现。
划痕和凹痕- 根据军用规格标准测量的光学表面上发现的缺陷。划痕是长度远远超过宽度的表面缺陷,而凹痕是指嵌入过滤器内部或存在于过滤器外露表面涂层上的颗粒和小气泡。划痕的厚度以微米为单位进行测量和指定,凹坑、凹坑和气泡的直径以 10 微米为单位记录。例如,80/50 划痕/挖掘过滤器规范建立了 80 微米的划痕限制和 500 微米的挖掘限制。完整的规范还限制了整个表面区域上允许的瑕疵数量。
短通 (SP) 滤光片- 一种光学干涉滤光片或有色玻璃滤光片,可在目标光谱的有效范围(通常是紫外和可见光区域)内衰减较长波长并透射(通过)较短波长。短通滤光片具有非常陡峭的斜率(称为边缘滤光片),由峰值透射 50% 处的截止波长描述。在荧光显微镜中,短通滤光片经常用于二色镜和激发滤光片。现在不鼓励使用旧术语低通来描述短通滤波器,因为它更准确地指的是频率而不是波长。
信噪比 (S/N) - 来自样本的光信号与周围背景噪声(光)的标准比率。噪声定义为噪声分量的方差总和的平方根。在噪声受光子限制且背景噪声可由背景信号的平方根近似的情况下,信噪比被定义为将样本信号与背景的平均信号区分开来的标准偏差的数量。在荧光显微镜中,由于染色技术不佳或来自目标探针的信号非常低,信噪比可能会受到过多背景信号的影响。
硅增强器目标 (SIT) 相机- 一种专门的摄像机,设计用于在荧光显微镜中常见的弱光条件下运行。SIT 摄像管包含一个光电阴极,可将光电子加速到硅二极管目标板上,以显着放大信号。扫描电子束随后中和目标,同时产生包含信号的束流。
单线态- 对于任何多电子系统(在原子和分子中),当电子自旋成对时,电子配置被称为单线态。原子或分子的自旋量子数 ( S ) 是系统内电子自旋总和的绝对值。这种系统的多重性定义为数量 2S + 1,对于具有反平行(成对)自旋的单线态双电子系统,多重性为 1,自旋量子数为零。
光谱成像- 一种先进的荧光技术,它利用硬件(通常包含在共焦检测器单元中)将来自多个荧光团的发射光分离成单独的光谱成分。线性解混是伴随的计算过程,与解卷积相关,它使用来自每个荧光团的光谱,好像它是固定位置的点扩展函数来分离或解混分量信号。该技术是一种强大的分析工具,可用于区分具有高度重叠光谱轮廓的不同荧光团。
稳态荧光- 包括在恒定照明和观察下进行的所有成像和测量,稳态荧光是最常见的荧光实验类型。用连续光束过滤光照射样品,并用检测器记录荧光强度或发射光谱。在荧光显微镜中观察到的大多数标本在暴露于激发照明后立即达到稳定状态。
受激发射损耗显微术 (STED) - 显示出远远超出衍射极限的空间分辨率,受激发射损耗显微术是一种新兴技术,它使用相对物镜实现低于 50 纳米的轴向分辨率。该技术依赖于使用同步激光脉冲激发荧光团和空间协调的圆形 STED 脉冲来抑制激光扫描焦斑外围的激发分子的荧光,以消耗发射。产生的荧光在斑点的外围被抑制,但在中心不受抑制,从而显着减小了荧光斑点的大小,同时提高了分辨率。
斯托克斯位移- 参与荧光激发和发射的光子之间的能量或波长差异通常被称为斯托克斯位移,以纪念乔治 G.斯托克斯,他于 1852 年在剑桥大学学习时首次观察到这一现象。实际上,斯托克斯位移由荧光分子各自光谱中激发和发射最大值之间的波长差决定。该值变化很大,具体取决于荧光染料的电子配置,但范围可以从几纳米到几百纳米不等。例如,荧光素的斯托克斯位移约为 20 纳米,而卟啉的斯托克斯位移超过 200 纳米。
表面平整度(滤光片) - 一个广泛应用于光学的术语,表面平整度是对光学元件中与完美平面的表面偏差的量度。在为光学显微镜设计的荧光滤光片中,表面平整度以对应于绿色(550 纳米)、红橙色(630 纳米)或使用特定带通滤光片的中心波长的可见光波长的分数或倍数进行测量。当平面波前从镜子或滤光片的表面反射时,实际波前失真是表面平坦度值的两倍。在二色镜中,表面平整度由从前(反射)表面反射的光的波前畸变决定。
薄膜干涉涂层- 干涉滤光片的主要组成部分,这些涂层是通过应用几种介电材料的交替层或介电材料和金属薄膜的连续层来制造的。介电层之间(或介电层和金属层之间)的间距被限制为波长的四分之一或二分之一,以允许相长干涉并加强特定波长下光通过滤光片的传播。所有其他波长都会产生相消干涉并被吸收或反射,但不会通过滤光片。干涉涂层的每一层都是无色的,但在层之间的多个界面处产生的反射通过干涉结合以选择性地反射某些波长并透射其他波长,从而使滤光片具有明显的颜色。
三光子(多光子)显微镜- 一种激光扫描共聚焦显微镜的衍生技术,其中荧光染料的激发基于红外或长波长可见光激光束,其能量密度经过调整以允许在样品中光束聚焦点的频率增加三倍。样品中的荧光团同时被三个光子激发,产生相当于单光子荧光的激发态跃迁。例如,1200 纳米的三光子激发等效于 400 纳米的更高能量光子的激发。多光子显微镜能够深入穿透厚组织,并且不需要针孔,因为荧光发射仅限于单个焦平面。
时间分辨荧光- 用于测量强度或各向异性衰减,时间分辨荧光测量依赖于将样品暴露于短脉冲光,其中脉冲宽度通常短于荧光团的衰减时间。荧光发射的强度衰减通常用高速检测系统记录,该系统允许在纳秒时间尺度上测量强度或各向异性。
全内反射荧光显微镜 (TIRFM) - 一种设计用于探测荧光标记活细胞表面的技术,该技术由光束在不同折射率的两种介质之间传播所产生的倏逝波探测。实际上,当入射激光束遇到显微镜载玻片和含有细胞的水性介质之间的界面时,它会以临界角(全内反射)反射。距离表面几纳米范围内的荧光团被渐逝波激发,而距离较远的荧光团不受影响。该技术通常用于研究分子与表面的相互作用,该领域对细胞和分子生物学的广泛学科具有根本重要性。
透射波前畸变 (TWD) - 当平面波前通过光学元件时引入的畸变程度。透射波前失真以波长(通常为 550 或 630 纳米)的分数或倍数来衡量。透射波前的失真由沿光学元件外表面的表面平整度变化以及内部不连续性和折射率的不均匀性引起。
三重态- 对于任何多电子系统(在原子和分子中),当电子自旋不成对时,电子配置被称为三重态。此外,对于其他量子数的相等值,较高多重性的状态是较低能量的状态。因此,激发三重态的能量低于相应的单重态。原子或分子的自旋量子数 ( S ) 是系统内电子自旋总和的绝对值。这种系统的多重性定义为数量 2S + 1,对于具有平行(不成对)自旋的三重态双电子系统,自旋量子数为 1,多重性为 3。
双光子(多光子)显微镜- 一种激光扫描共聚焦显微镜的衍生技术,其中荧光染料激发基于红外或长波长可见光激光束,其能量密度经过调整以允许在样品中的光束焦点处倍频。样品中的荧光团同时被两个光子激发,产生相当于单光子荧光的激发态跃迁。例如,900 纳米的两个光子激发等效于 450 纳米的更高能量光子的激发。多光子显微镜能够深入穿透厚组织,并且不需要针孔,因为荧光发射仅限于单个焦平面。
体绘制- 一种使用算法从任意角度创建三维图像的计算机可视化的技术,无需对数据集进行任何中间转换来表示表面几何形状。在激光扫描共聚焦显微镜中,体积渲染通常是在从荧光样品收集的光学切片堆栈上进行的,以在三个维度上生成样品的半真实模型。
楔形(平行度) - 平面光学元件(通常是滤光片或窗口)的外表面之间的平行变化的弧分或弧秒测量值。显着的楔角会给通过元件的波前引入角度偏差,当光学元件位于成像路径中时,会导致图像偏移和配准错误。对于典型的过滤器元件或窗口,角度偏差水平大约是楔角的二分之一。由于离轴内部反射,内部涂层表面的楔形伪影会产生重影。
变焦- 在激光扫描共聚焦显微镜中,变焦放大控制允许在改变样品上扫描的光栅区域方面具有相当大的灵活性,因此提供对横向 ( x - y ) 样品平面中像素大小的连续控制。变焦控制通过使显微镜的操作符合 Nyquist/Shannon 采样标准,每个最小光学可分辨图像点超过两个像素,从而有助于优化图像信息内容。变焦控制通过调节检流计电流水平来调节扫描镜偏转的程度。