Naukowcy z Instytutu Mikrobiologii Morskiej Maxa Plancka, Instytutu Badań Morza Bałtyckiego im. Leibniza i Uniwersytetu w Kopenhadze wprowadzają innowacyjne podejście do czasów życia luminescencji obrazu. To proste podejście wykorzystuje łatwo dostępny i opłacalny sprzęt, torując drogę zaawansowanym badaniom dynamiki chemicznej w układach środowiskowych i biologicznych. Pozwala na przykład rejestrować dynamikę tlenu ze znacznie większą precyzją czasową i przestrzenną.
Weźmy na przykład tlen: tlen jest cząsteczką kluczową dla życia i aby zrozumieć dynamikę ekosystemu, ważne może być szczegółowe prześledzenie jego przebiegu. Czujniki optyczne wykorzystujące barwniki luminescencyjne są od dawna stosowane do mapowania poziomu tlenu w systemach morskich: tlen skraca czas życia fosforescencji barwników, co w ten sposób wskazuje stężenie tlenu. Jednak do tej pory obrazowanie czasów życia luminescencji wymagało kosztownego, specjalistycznego sprzętu, przez co technika ta była poza zasięgiem wielu zastosowań badawczych i przemysłowych. Wspólny zespół badawczy z Instytutu Mikrobiologii Morskiej Maxa Plancka, Instytutu Badań Morza Bałtyckiego im. Leibniza i Uniwersytetu w Kopenhadze we współpracy z partnerami międzynarodowymi opracował pionierską metodę obrazowania czasu życia sygnałów luminescencyjnych. Przełomowa technika umożliwia szybkie pomiary czasu życia luminescencji, przekształcając pola wykorzystujące detekcję optyczną i obrazowanie chemiczne. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Czujniki ACS.
Udostępnienie masom pomiaru czasu życia luminescencji
„Nasza nowa zintegrowana metoda upraszcza te pomiary, umożliwiając badaczom określenie czasu życia luminescencji przy użyciu standardowych systemów kamer” – wyjaśnia Soeren Ahmerkamp, który przeprowadził badania w Instytucie Mikrobiologii Morskiej Maxa Plancka w Bremie oraz w Instytucie Badań Morza Bałtyckiego im. Leibniza w Warnemünde, oba w Niemczech. Synchronizując krótkie rozbłyski światła z precyzyjnym taktowaniem aparatu za pomocą techniki zwanej ramką między ramkami, rejestrowane są dwa obrazy: jedno rejestrujące początkowy rozbłysk światła, a drugie mierzące początkowy rozbłysk światła i dłuższą poświatę luminescencyjną. Różnica między tymi obrazami ujawnia zintegrowany czas życia luminescencji, zapewniając szczegółowy i dokładny odczyt w skalach czasowych poniżej jednej milisekundy.
„Oferujemy bardziej przystępny sposób pomiaru czasu życia luminescencji, który często jest uważany za złoty standard w czujnikach optycznych” – mówi Michael Kühl z Uniwersytetu w Kopenhadze w Danii. „Przyjmując technikę rozmieszczenia ramek, opracowaną pierwotnie do pomiarów przepływu z dużą prędkością, stworzyliśmy technikę, którą można stosować z szeroką gamą dostępnych na rynku kamer. Dzięki temu większa liczba laboratoriów będzie mogła wykonywać wysokiej jakości badania -rozdzielczość obrazowania przez cały okres użytkowania.”
Odblokowanie nowych możliwości w obrazowaniu chemicznym
Możliwość łatwego i szybkiego pomiaru czasu życia luminescencji otwiera nowe możliwości obrazowania chemicznego. Naukowcy mogą teraz rejestrować dynamikę tlenu ze znacznie większą precyzją czasową i przestrzenną. „Śledziliśmy dynamikę tlenu wokół glonów w ciągu setnych części sekundy i wizualizowaliśmy, w jaki sposób cząsteczki pochłaniające tlen przemieszczają się w wodzie, pokazując w ten sposób użyteczność tej metody” – mówi Ahmerkamp. „Zintegrowaną metodę zaniku luminescencji można wykorzystać do uzyskania głębszego wglądu w zmiany zawartości tlenu w środowiskach morskich, począwszy od skali mikroskopijnych cząstek po całe ekosystemy”.
Przyspieszenie tempa odkryć w nauce i przemyśle
To nowe podejście może pobudzić większą liczbę zastosowań obrazowania czasu życia luminescencji w naukach i inżynierii o środowisku, biomedycynie. Zwiększając dostępność precyzyjnych pomiarów, może pobudzić nowe podejścia eksperymentalne, przyspieszając tempo odkryć w tych obszarach.
„Naszym celem była demokratyzacja dostępu do potężnego narzędzia analitycznego” – dodaje Ahmerkamp. „Wierzymy, że ta metoda umożliwi badaczom badanie złożonych interakcji chemicznych z większą łatwością i elastycznością niż kiedykolwiek wcześniej”.
