Faserphotometriesystem für Forschungszwecke FLiP

Neurowissenschaftenfür neuronales NetzwerkGlasfaser

Überblick
Das RWD Fluorescence Lifetime Photometry System (FLiP) basiert auf Time-Correlated Single Photon Counting (TCSPC) in Kombination mit Faserfotometrie zur Echtzeitüberwachung von Änderungen der Fluoreszenzlebensdauer im Gehirn frei beweglicher Tiere und bietet einen stabilen, quantitativen Ansatz für in vivo‑Studien zur Neurotransmitterfreisetzung, Protein–Protein‑Interaktionen und Proteinkonformationsänderungen.

Was ist Fluoreszenzlebensdauer?
Die Fluoreszenzlebensdauer (τ) ist die mittlere Zeit, die ein Fluorophor im angeregten Zustand verweilt, bevor es ein Photon emittiert. Im Gegensatz zur Fluoreszenzintensität ist die Lebensdauer unabhängig von Fluorophorkonzentration und Anregungsleistung und spiegelt konformationelle Änderungen sowie das lokale Mikroenvironment wider. Lebensdauer-Messungen ermöglichen die Trennung mehrerer Komponenten und die empfindliche Detektion subtiler Änderungen, wodurch ein stabiles quantitatives Signal für in vivo‑Versuche entsteht.

Warum Fluoreszenzlebensdauer?

• Quantitative, zwischen Proben vergleichbare Messungen — keine Normalisierung auf das Ausgangsniveau erforderlich
• Stabile Langzeitaufzeichnungen — geeignet für Schlafstudien, chronische Krankheitsmodelle und Längsschnittstudien
• Empfindliche Erfassung dynamischer Analytänderungen mittels lebensdauerbasierter Biosensoren

Zwei gängige Messmethoden
Zeitdomäne
Regeigt die Probe mit einer gepulsten Lichtquelle an und zeichnet den zeitlichen Fluoreszenzzerfall auf. TCSPC misst die Zeitdifferenzen zwischen emittierten Photonen und Anregungspulsen, erzeugt Zerfallshistogramme und erlaubt exponentielle Fits. Die Zeitdomäne bietet hohe zeitliche Auflösung, ausgezeichnetes SNR bei niedrigem Photonenfluss und präzise Trennung mehrerer Lebensdauerkomponenten.

Frequenzdomäne
Verwendet eine sinusförmig modulierte kontinuierliche Lichtquelle und leitet die Lebensdauer aus Phasenverschiebung und Modulationstiefe zwischen Emission und Anregung ab. Frequenzdomänensysteme sind einfacher, ermöglichen schnelle Datenerfassung und können ohne teure gepulste Laser betrieben werden, wodurch sie sich für Messungen mit hohem Photonenfluss eignen.

Vergleich (Zeitdomäne vs Frequenzdomäne)

• Genauigkeit der Lebensdauer-Messung: Zeitdomäne — hoch; Frequenzdomäne — gut
• SNR für schwach fluoreszierende Proben: Zeitdomäne — ausgezeichnet; Frequenzdomäne — relativ eingeschränkt
• Auflösung mehrerer Komponenten: Zeitdomäne — hohe Präzision; Frequenzdomäne — erfordert Mehrfrequenzmodulation oder Phasor‑Analyse
• Erfassungsrate: Zeitdomäne — relativ schnell; Frequenzdomäne — schnell
• Proben mit hohem Photonenfluss: Zeitdomäne — gut; Frequenzdomäne — ausgezeichnet
• Laseranforderung: Zeitdomäne — gepulster Laser; Frequenzdomäne — modulierte kontinuierliche Quelle

Highlights des Fluorescence Lifetime Photometry Systems

• Außergewöhnliche Systemstabilität: konstante Leistung minimiert Gerätezustandsschwankungen für verlässliche longitudinale Vergleiche
• Extrem niedriges Systemrauschen: bewahrt Datenintegrität selbst bei schwachen Signalen
• Zuverlässige Langzeitaufzeichnung: stabile Kernkomponenten reduzieren Baseline‑Drift über aufeinanderfolgende Wochen
• Breite Biosensor‑Kompatibilität: unterstützt den Lebensdauer‑Designbereich gängiger Biosensoren
• Direkte quantitative Analyse: geplante Standardkurvenfunktion zur direkten Konzentrationsablesung

Anwendungsbeispiele

• Messung von Neuromodulatoren über Tiere und chronische Zeiträume: FLiP ermöglicht lebensdauerbasierte Vergleiche zwischen Tieren und über Wochen für Sensoren wie GRAB ACh3.0
• Mechanistische Studien in genetischen Modellen: eingesetzt zur Aufdeckung abnormaler PKA‑Aktivitätsdynamiken in Akap11‑mutanten Mäusen und zugehörigen pharmakologischen Reaktionen
• Validierung neuer Sensoren: Validierung eines hochgeschwindigkeits Calcium‑Lebensdauersensors (LifeCamp) für absolute Basis‑ und transiente Calciummessungen in frei beweglichen Mäusen

Technische Spezifikationen

• Anregungswellenlängen: 488, 515, 560, 640, 670 nm (anpassbar)
• Pulsfrequenz: 1–80 MHz
• Messbereich der Lebensdauer: 1–10 ns
• Abtastrate: 1–50 Hz
• DIO‑Anzahl: 8
• Spannungspegel: 3,3–5 V
• Kerndurchmesser der Lichtleiterfaser: 200 oder 400 µm
• Numerische Apertur (NA): 0,37