单分子荧光寿命成像及动力学测试系统的搭建和调试

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随着科学技术的发展，科学问题的研究逐渐从传统的综合平均技术深入到单分子水平，从静态现象和结果观测到在单分子水平动力学信息的获得。单分子检测（SMD）技术可以实现对单个分子的行为进行观察，获得微观个体分子的特性、分布状态以及运动变化的过程。单分子荧光成像技术是目前使用较普遍且日趋成熟的一项单分子检测技术，而基于荧光强度的成像和分析，很容易受到激发光强度、荧光素浓度、光漂白等因素的影响。最近发展起来的单分子荧光寿命成像则可以显著减小这些因素的影响，从而可以获得更能反应荧光生色团所处的微环境变化以及单分子个体特性的信息，相对于荧光强度成像技术具有明显优势。
　　荧光寿命作为荧光信号的重要参数已被广泛用来区分样品中的不同荧光团、荧光团的能级结构以及分析荧光团所处微环境的变化、分子的结合方式、分子间能量的转移等方面。荧光寿命成像显微(FLIM)技术则是通过对样品微环境内荧光寿命的测量来分析微环境和微结构的差别，通过逐点计算样品所发出的荧光寿命，把荧光寿命作为成像的对比度，实现将荧光寿命测量的时间相关单光子计数（TCSPC）和共聚焦荧光显微技术的结合，获得具有极高的时间和空间分辨率的分子动力学分析。
　　本文主要介绍自主设计的单分子荧光寿命成像及动力学分析系统的搭建和调试，实现了具有皮秒时间分辨率和纳米级空间分辨率的单分子成像，初步获得了生物大分子、荧光染料分子、发光纳米粒子等的单分子荧光寿命成像。本论文工作主要分为以下几个部分内容：
　　第一章综述了单分子检测的发展和应用，介绍了FLIM技术及基本实现思路。
　　第二章详细介绍了本论文中所使用的主要技术和方法：时间相关单光子技术和共聚焦激光扫描显微术。
　　第三章介绍了单分子 FLIM及动力学分析测试系统的搭建。我们自行设计并搭建了基于共聚焦显微术的单分子荧光寿命成像及动力学分析系统。采用时间相关单光子计数法来记录荧光寿命，使其能够得出每个分子的荧光寿命数据，而且能够实现单分子FCS和单分子 FRET等功能，该系统的时间分辨率可以达到几十皮秒。论文详细的介绍了系统的搭建、实验技术和方法、光路的设计和校准、仪器的调试及应用。
　　第四章说明了系统的调试过程与功能扩展：系统搭建之后，针对实验过程中遇到的问题，对影响寿命成像质量的因素进行了优化和调整，优化后的系统可以实现单分子水平的荧光寿命成像（FLIM）、荧光能量转移（FRET）分析、荧光相关光谱（FCS、FLCS）分析、荧光互相关光谱（FCCS、FLCCS）分析、反聚束效应（Anti-bunching）分析等功能。
　　本论文通过自行搭建荧光寿命成像系统，结合时间相关单光子技术（TCSPC）和共聚焦技术实现荧光寿命成像（FLIM）。详细介绍了该系统的搭建思路、技术和方法，通过不断调试和优化，实现了本系统的主要功能。

著录项

作者
李珺;
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作者单位

河南大学;

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授予单位河南大学;
学科光学工程
授予学位硕士
导师姓名郭立俊;
年度 2016
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类应用光学;
关键词
单分子检测; 荧光寿命成像; 共聚焦技术; 动力学分析; 测试系统;

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