當(dāng)今顯微世界照明，汞弧燈的使用還占主流。但由于其中汞危害，更換與維護(hù)成本高，特定功率低等劣勢。虹科伙伴Lumencor為了更加高性能和安全環(huán)保的顯微照明，促使自身發(fā)展了現(xiàn)代固態(tài)照明技術(shù)。

借此文，小編就帶大家了解一下虹科固態(tài)光源，以及其在生命科學(xué)的應(yīng)用與潛能：

固態(tài)照明優(yōu)勢在于輸出穩(wěn)定性、功率和有害物質(zhì)如汞的消除，但鮮為人知的是，固態(tài)光源在多大程度上能夠促進(jìn)特定應(yīng)用的定制和照明優(yōu)化？接下來，本文將介紹三個(gè)例子。

什么是固態(tài)光源？

  虹科Lumencor光引擎是固態(tài)光源的集成陣列，是一種高性能的照明系統(tǒng)，由包括LED、光管和激光在內(nèi)的固態(tài)技術(shù)混合組成。每個(gè)光源的波長、帶通、光功率和工作模式都可以根據(jù)應(yīng)用要求來選擇。固體光源具有內(nèi)在的穩(wěn)定性和長壽命。Lumencor的模塊化光引擎設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)特定應(yīng)用的配置，這是白熾燈光源無法做到的。具有不同光譜輸出特性的不同類型的固態(tài)光源（LED、發(fā)光管或激光）的組合可以根據(jù)應(yīng)用要求在光引擎框架內(nèi)進(jìn)行組裝。

 其中，Lumencor固態(tài)光源配備的新穎發(fā)光光管技術(shù)，可在500-600nm（綠色/黃色）波長范圍內(nèi)提供高功率寬帶輸出，解決了LED在這個(gè)范圍內(nèi)的性能限制（所謂的 "綠色鴻溝"）。與激光波長一樣，光源的輸出功率可以根據(jù)應(yīng)用要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。光源可以單獨(dú)控制，或作為一個(gè)整體產(chǎn)生白光輸出；光源的激活和輸出衰減是由電子控制的。

光譜輸出定制

  熒光原位雜交（FISH）是細(xì)胞遺傳學(xué)分析的基石。通常情況下，是用多個(gè)光譜不同的探針對標(biāo)本進(jìn)行檢測，實(shí)現(xiàn)同時(shí)觀察變體和對照核苷酸序列。

理想的FISH光源應(yīng)該提供相對于探針激發(fā)特性更為優(yōu)化的光譜輸出，且強(qiáng)度要足夠產(chǎn)生弱雜交信號的熒光。在FISH應(yīng)用中，與其他多重?zé)晒獬上駪?yīng)用一樣，標(biāo)準(zhǔn)做法是使用約30nm的激發(fā)帶寬，均勻分布在可見光譜及其邊緣譜段（約350至650nm），實(shí)現(xiàn)對五或六個(gè)核苷酸序列的離散檢測。

白熾燈照明源，如金屬鹵化物燈和汞弧燈，有一個(gè)不變的可見光輸出光譜，由三組強(qiáng)烈的峰值（365、405和436納米）組成，與另一個(gè)強(qiáng)烈的雙峰（546和578nm；見圖2）之間有一個(gè)約100納米的間隙。該間隙跨越了SpectrumGreen（Abbott Molecular公司提供）標(biāo)記的FISH探針以及其它重要熒光標(biāo)記如異硫氰酸熒光素（FITC）和綠色熒光蛋白（GFP）的最佳激發(fā)區(qū)

相比之下，固態(tài)光引擎的光譜輸出可以根據(jù)FISH特定的激發(fā)要求進(jìn)行配置。雖然光引擎和金屬鹵化物燈的總輸出功率差不多，但光引擎的輸出集中在可以被吸收并轉(zhuǎn)化為可檢測的熒光的波長區(qū)域，而不是在與應(yīng)用無關(guān)并可能損害標(biāo)本的區(qū)域（如<350nm）。因此，在表2所示的例子中，固態(tài)光源在五個(gè)光通道中的四個(gè)提供了比金屬鹵化物燈更強(qiáng)的激發(fā)效果。

在波長>600nm時(shí)，固態(tài)光源優(yōu)勢甚至更大，這被用于激發(fā)Cy5和SpectrumFRed（遠(yuǎn)紅）標(biāo)記的FISH探針（Abbott Molecular）。在對應(yīng)區(qū)間里，金屬鹵化物燈和汞弧燈的功率表現(xiàn)很差。

快速切換波長

細(xì)胞內(nèi)鈣的比率成像長期以來一直是細(xì)胞生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和相關(guān)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù)。 激發(fā)比率成像補(bǔ)償了指示染料濃度的變化，無論是在細(xì)胞內(nèi)還是在細(xì)胞之間；否則可能被解釋為鈣水平的變化。鈣離子（Ca2+）比率成像的指示染料通常是fura-2和最新研發(fā)的紅移類似物fura-8（AAT Bioquest, Inc.）。

激發(fā)比率成像通常使用白光光源，結(jié)合手動切換濾光片來選擇所需的激發(fā)波長（fura-2為340和380nm，fura-8為360和400nm）。一個(gè)固態(tài)光引擎可以從兩個(gè)濾光后的LED光源中產(chǎn)生這些輸出，這些光源可以通過電子進(jìn)行切換選擇，不需要機(jī)械干預(yù)。因?yàn)楣庠辞袚Q是在沒有移動部件的情況下完成的，激發(fā)波長的交替（見表3）可以快1000多倍（機(jī)械切換=50μs，電子切換=10μs），而且比機(jī)械方法更不容易受到周期間變化的影響。反過來，這也允許更高速的數(shù)據(jù)采集，為記錄細(xì)胞生理學(xué)的基本過程提供更高的時(shí)間分辨率。

在許多其他可以從固態(tài)光源的電子切換中受益的應(yīng)用中，也包括熒光和透射光顯微鏡的高速彩色成像。

多模輸出優(yōu)化

在活體成像中，相對于細(xì)胞培養(yǎng)物和組織切片而言，標(biāo)本的復(fù)雜性增加，經(jīng)常需要結(jié)合具有不同空間分辨率和組織穿透特性的成像方式。面對這種需求，一個(gè)很好的例子是機(jī)器人輔助的腹腔鏡手術(shù)。

在這種手術(shù)中，外科醫(yī)生通過使用白光照明的反射式內(nèi)窺鏡觀察手術(shù)區(qū)域。其它成像方式的疊加為額外的手術(shù)指導(dǎo)提供了豐富的數(shù)據(jù)。例如，血管的近紅外(near-infrared)熒光成像可以識別切除部位附近需要夾住的血管，也有助于區(qū)分腫瘤和周圍組織。

為這一應(yīng)用定制的光引擎包括四個(gè)可見光波長的光源，結(jié)合起來產(chǎn)生白光和一個(gè)用于熒光激發(fā)的近紅外激光。兩種輸出都通過同一個(gè)內(nèi)窺鏡被引導(dǎo)到手術(shù)區(qū)域。四個(gè)可見光源的相對功率輸出是可調(diào)的，實(shí)現(xiàn)白光輸出的色溫和顯色指數(shù)優(yōu)化。

同樣重要的是，與通常用于對顯微鏡標(biāo)本進(jìn)行成像的照明設(shè)備相比，光引擎能夠產(chǎn)生對宏觀物體所需照明的更高功率水平。此處的定制固態(tài)光引擎能夠提供與300W氙燈相媲美的光功率輸出。