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Presens残氧仪 用于研究O2、pH、CO2时空梯度的平面光极成像

点击次数:327 发布时间:2022-06-13

大自然充满了梯度和浓度的不均匀性。在测量 O 2、pH 或 CO 2等分析物时,通常会观察到巨大的差异在样品的不同位置,无论它是天然的还是人造的。在许多情况下,为了在整个样品中建立均匀的反应条件,人们付出了巨大的努力通过搅拌、摇动或其他混合方法使样品均质化。然而,如果我们有兴趣研究我们的环境,我们不应该改变自然。许多样品或实验都有ZHIDING的地点,即所谓的热点或空间受限区域,大部分反应都在这些地点发生。在研究沉积物-水、根-土壤、土壤-空气、液-气或液-液界面时就是这种情况。从而在样本或样本区域内建立梯度。这些主要基于消耗或扩散的梯度对于研究、控制和/或优化很重要。

控制和研究浓度梯度或不均匀性的方法例如:

  • 在多个测量位置同时测量(A. Flohr 等人“评估 pH 通量的影响",M. Köster“监测沉积物-水界面的氧动力学")

  • 通过在不同位置移动一个传感器进行分析物分析(K. Koop-Jakobsen 和 M. Gutbrod “盐沼潮汐池中的 O 2、pH 和 CO2 动力学")

  • 或使用 2D 读数(K. Vopel 等人“Benthic Disturbance Recovery")

多点测量需要手动重新定位读数单元、多个读数单元或多通道设备,以覆盖和记录同一实验中的多个测量点。对于用户而言,这通常是时间问题、样品周围的可用空间以及读出系统的复杂性。微分析在单独的基础部分中讨论(请参阅微分析)。在这里,我们想指出 2D 读数与发光化学光学传感器的有益用途。

光学传感器的 2D 读数或所谓的分析物映射或成像使用 2D 阵列检测器分别在同一实验读数内同时记录大量信号或测量点(OS Wolfbeis,BioEssays 2015, 37, 8)。使用特殊的发光相机探测器代替单通道光电探测器来执行平面光极传感器的 2D 信号读取。这样的光学传感器二维读取系统由三个主要部分组成:

相机检测器单元用于两个主要目的,激发光信号的生成和以 2D 方式收集发光发射信号。第二部分是至少一个发光传感器元件,它以可逆方式与样品相互作用并在激发时产生依赖于分析物的发光变化。第三个元素是将记录的原始光信号数据转换为分析物相关数据阵列或图像的软件。

成像能够同时检测数千个测量点,并在感兴趣区域上生成 2D 分析物图。此外,自动时间序列记录允许分析各个分析物的时空变化。数据生成分析物分布的可视化表示(图像、地图或视频幻灯片),可用于快速识别代谢或反应活动的空间和时间差异或热点。这可以快速轻松地概述示例中发生的情况。除此之外,每个测量元素(每个像素)都包含关于该特定位置的分析物的信息,作为第二级信息。自由选择的感兴趣区域 (ROI) 允许分析和比较区域。也可以在一张图像中分析多个梯度,

除了这种“图片填充"的 2D 成像方法(其中整个视场包含传感器信息)之外,成像还提供了更高级的可能性:多个传感器可以组合在一个视场中,以便在一个实验中的不同位置甚至多个样本可以同时录制。此外,用于一种分析物的几种传感器类型,例如具有不同范围的传感器,可以组合在一个样品中以扩展测量范围。此外,用于不同分析物的传感器可以组合在一个视野中,并在同一实验中使用同一设备读取,甚至可以同时记录整个传感器阵列(Y. Reinders 等人“pH 和辐照成纤维细胞上的pO 2 " )。

荧光比率成像 (FRIM) 是一种读取荧光化学光学传感器信号的方法。比率测量补偿了大多数常见的干扰,例如不均匀的光场。光学传感器箔包含固定在可渗透聚合物基质层中的分析物敏感染料和参考染料。指示染料发出红色或绿色荧光,具体取决于分析物和相应的传感器箔片类型,其被分析物动态淬灭,而参考染料分别发出恒定的绿色或红色光信号。这些发射*符合彩色 RGB 芯片的红色和绿色通道灵敏度。

VisiSens™ 成像系统的测量原理 - FRIM

荧光比例成像 (FRIM) 是一种参考读出荧光化学光学传感器信号的方法(Tschiersch 等人“用于实验生物学中的非侵入性成像的平面氧传感器"Microsensors. IntechOpen, 2011)。比率测量可以补偿大多数常见的干扰,例如不均匀的光场或几何变化。光学传感器箔包含分析物敏感染料和参考染料,它们固定在可渗透分析物的聚合物基质层中。指示染料发出红色(或绿色,取决于分析物和相应的传感器箔类型)荧光信号,这些荧光信号随着分析物浓度的变化而动态变化。参考染料提供稳定和恒定的光信号。这些来自指示器和参考的发射*符合数码相机中彩色 RGB 芯片的红色和绿色通道灵敏度。RGB 芯片分别记录这些信号并将各自的信息存储在独立的彩色像素中,从而产生“彩色"图像。记录的红色和绿色通道信息可以按比例参考,从而产生参考的 2D 传感器响应。

非接触式直接感应或通过透明墙读取

平面传感器箔可以直接应用在感兴趣的表面上,并且可以记录 2D 分析物图像。由于光信号也可以通过透明的血管壁,因此传感器箔可以贴在透明甚至稍微不透明的容器的内壁上,并且可以通过血管壁以非侵入方式读出信号


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