Presens殘氧儀 用于研究O2、pH、CO2時空梯度的平面光極成像

大自然充滿了梯度和濃度的不均勻性。在測量 O 2、pH 或 CO 2等分析物時，通常會觀察到巨大的差異在樣品的不同位置，無論它是天然的還是人造的。在許多情況下，為了在整個樣品中建立均勻的反應條件，人們付出了巨大的努力通過攪拌、搖動或其他混合方法使樣品均質化。然而，如果我們有興趣研究我們的環(huán)境，我們不應該改變自然。許多樣品或實驗都有ZHIDING的地點，即所謂的熱點或空間受限區(qū)域，大部分反應都在這些地點發(fā)生。在研究沉積物-水、根-土壤、土壤-空氣、液-氣或液-液界面時就是這種情況。從而在樣本或樣本區(qū)域內建立梯度。這些主要基于消耗或擴散的梯度對于研究、控制和/或優(yōu)化很重要。

控制和研究濃度梯度或不均勻性的方法例如：

• 在多個測量位置同時測量（A. Flohr 等人“評估 pH 通量的影響"，M. K?ster“監(jiān)測沉積物-水界面的氧動力學"）

• 通過在不同位置移動一個傳感器進行分析物分析（K. Koop-Jakobsen 和 M. Gutbrod “鹽沼潮汐池中的 O 2、pH 和 CO2 動力學"）

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

多點測量需要手動重新定位讀數單元、多個讀數單元或多通道設備，以覆蓋和記錄同一實驗中的多個測量點。對于用戶而言，這通常是時間問題、樣品周圍的可用空間以及讀出系統的復雜性。微分析在單獨的基礎部分中討論（請參閱微分析）。在這里，我們想指出 2D 讀數與發(fā)光化學光學傳感器的有益用途。

光學傳感器的 2D 讀數或所謂的分析物映射或成像使用 2D 陣列檢測器分別在同一實驗讀數內同時記錄大量信號或測量點（OS Wolfbeis，BioEssays 2015, 37, 8)。使用特殊的發(fā)光相機探測器代替單通道光電探測器來執(zhí)行平面光極傳感器的 2D 信號讀取。這樣的光學傳感器二維讀取系統由三個主要部分組成：

相機檢測器單元用于兩個主要目的，激發(fā)光信號的生成和以 2D 方式收集發(fā)光發(fā)射信號。第二部分是至少一個發(fā)光傳感器元件，它以可逆方式與樣品相互作用并在激發(fā)時產生依賴于分析物的發(fā)光變化。第三個元素是將記錄的原始光信號數據轉換為分析物相關數據陣列或圖像的軟件。

成像能夠同時檢測數千個測量點，并在感興趣區(qū)域上生成 2D 分析物圖。此外，自動時間序列記錄允許分析各個分析物的時空變化。數據生成分析物分布的可視化表示（圖像、地圖或視頻幻燈片），可用于快速識別代謝或反應活動的空間和時間差異或熱點。這可以快速輕松地概述示例中發(fā)生的情況。除此之外，每個測量元素（每個像素）都包含關于該特定位置的分析物的信息，作為第二級信息。自由選擇的感興趣區(qū)域 (ROI) 允許分析和比較區(qū)域。也可以在一張圖像中分析多個梯度，

除了這種“圖片填充"的 2D 成像方法（其中整個視場包含傳感器信息）之外，成像還提供了更高級的可能性：多個傳感器可以組合在一個視場中，以便在一個實驗中的不同位置甚至多個樣本可以同時錄制。此外，用于一種分析物的幾種傳感器類型，例如具有不同范圍的傳感器，可以組合在一個樣品中以擴展測量范圍。此外，用于不同分析物的傳感器可以組合在一個視野中，并在同一實驗中使用同一設備讀取，甚至可以同時記錄整個傳感器陣列（Y. Reinders 等人“pH 和輻照成纖維細胞上的pO 2 " )。

熒光比率成像 (FRIM) 是一種讀取熒光化學光學傳感器信號的方法。比率測量補償了大多數常見的干擾，例如不均勻的光場。光學傳感器箔包含固定在可滲透聚合物基質層中的分析物敏感染料和參考染料。指示染料發(fā)出紅色或綠色熒光，具體取決于分析物和相應的傳感器箔片類型，其被分析物動態(tài)淬滅，而參考染料分別發(fā)出恒定的綠色或紅色光信號。這些發(fā)射*符合彩色 RGB 芯片的紅色和綠色通道靈敏度。

VisiSens™ 成像系統的測量原理 - FRIM

熒光比例成像 (FRIM) 是一種參考讀出熒光化學光學傳感器信號的方法（Tschiersch 等人“用于實驗生物學中的非侵入性成像的平面氧傳感器"Microsensors. IntechOpen, 2011）。比率測量可以補償大多數常見的干擾，例如不均勻的光場或幾何變化。光學傳感器箔包含分析物敏感染料和參考染料，它們固定在可滲透分析物的聚合物基質層中。指示染料發(fā)出紅色（或綠色，取決于分析物和相應的傳感器箔類型）熒光信號，這些熒光信號隨著分析物濃度的變化而動態(tài)變化。參考染料提供穩(wěn)定和恒定的光信號。這些來自指示器和參考的發(fā)射*符合數碼相機中彩色 RGB 芯片的紅色和綠色通道靈敏度。RGB 芯片分別記錄這些信號并將各自的信息存儲在獨立的彩色像素中，從而產生“彩色"圖像。記錄的紅色和綠色通道信息可以按比例參考，從而產生參考的 2D 傳感器響應。

非接觸式直接感應或通過透明墻讀取

平面?zhèn)鞲衅鞑梢灾苯討迷诟信d趣的表面上，并且可以記錄 2D 分析物圖像。由于光信號也可以通過透明的血管壁，因此傳感器箔可以貼在透明甚至稍微不透明的容器的內壁上，并且可以通過血管壁以非侵入方式讀出信號

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