單光子探測器在熒光壽命測量方向的應(yīng)用

        基于近場或共聚焦顯微鏡的熒光壽命測量在生物化學(xué)和分析化學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥理學(xué)、光物理和光化學(xué)以及環(huán)境研究等各個(gè)領(lǐng)域都有應(yīng)用。在過去的幾年里，我們見證了用時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)技術(shù)(TCSPC)對單分子熒光檢測(SMD)的巨大前景。在單分子熒光檢測應(yīng)用中，被檢測的分子被熒光標(biāo)記，通過重復(fù)的激光激發(fā)，熒光分子在基態(tài)和激發(fā)態(tài)之間循環(huán)。激發(fā)態(tài)存在的時(shí)間是有限的，即熒光壽命，在此期間能量部分耗散，直到達(dá)到弛豫（產(chǎn)生熒光）的單線激發(fā)態(tài)。然后，熒光團(tuán)通過發(fā)射波長為熒光的光子返回基態(tài)。經(jīng)過多次激發(fā)脈沖后，得到熒光壽命，即熒光團(tuán)處于激發(fā)態(tài)的平均時(shí)間，從而可以對分子進(jìn)行識別。下面我們介紹下ID Quantique公司的ID100-20（見圖1）在熒光壽命測量中的應(yīng)用及特點(diǎn)。

 圖1 ID100-20

        一個(gè)典型的熒光衰減時(shí)間測量方案(見圖2)，包括脈沖激光二極管,與之匹配的的擴(kuò)束透鏡，顯微鏡物鏡聚焦激發(fā)光束和收集發(fā)射的熒光光子,一組合適的鏡頭觀測ID100-20感光區(qū)域和一個(gè)以λfluo為中心帶通濾波器。時(shí)間—數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)或時(shí)間—振幅轉(zhuǎn)換器結(jié)合多通道分析儀，測量激光激發(fā)和熒光光子發(fā)射之間的時(shí)間。逐步建立直方圖，獲得熒光衰減時(shí)間。

圖2 熒光壽命測量的典型方案

ID100-20的優(yōu)點(diǎn)：

1.出色的同步分辨率為40ps半高寬（見圖3）

     與光電倍增管和其他商用光子計(jì)數(shù)模塊相比，這是一個(gè)顯著的改進(jìn)。這種出色的特性允許測量幾十皮秒的極短熒光壽命。此外，這一優(yōu)點(diǎn)使得高分辨率的多組分熒光衰減時(shí)間實(shí)驗(yàn)成為可能。

圖3 ID100-20時(shí)間分辨率

2.大范圍的探測效率

       ID Quantique的ID100-20具有覆蓋整個(gè)可見光范圍（400到750nm）的單光子靈敏度，其中對于綠色波段為峰值探測效率，適用于生命科學(xué)中使用的大多數(shù)熒光團(tuán)，ID100-20光子探測效率比標(biāo)準(zhǔn)PMT更好。

 3. 70ns的死區(qū)時(shí)間
      大頻率為14MHz。因此，可以在很短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)直方圖。

4.低暗計(jì)數(shù)

      包括通常會影響測量信噪比的后脈沖和暗計(jì)數(shù)。通過將有效區(qū)直徑限制在20毫米，從而減小暗計(jì)數(shù)和后脈沖率。因此，需要仔細(xì)研究光學(xué)裝置，以便將熒光聚焦到探測器的有效區(qū)域。ID Quantique建議使用可用的安裝支架將ID100-20安裝在3軸平移臺上。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確對準(zhǔn)，并且只需要一次。ID Quantique還提供ID100-20的光纖耦合版本，帶有50μm芯多模光纖。

 5.設(shè)計(jì)緊湊，可靠性高

     ID100-20不會被環(huán)境光損壞，并且由于不需要冷卻，因此可以立即運(yùn)行。

     ID Quantique (IDQ)公司位于瑞士，致力于量子傳感和量子密碼解決方案領(lǐng)域。西安立鼎光電是IDQ公司的中國區(qū)代理商，負(fù)責(zé)其單光子產(chǎn)品的市場推廣及技術(shù)支持。