Термин «линейный» в линейном градиентном фильтре относится к тому факту, что его спектральные характеристики различаются в разных точках и изменяются линейно в зависимости от пространственного положения. Линейные градиентные фильтры обладают такими преимуществами, как непрерывное изменение длины волны, выборочные каналы и стабильная производительность. Благодаря таким процессам, как осаждение с помощью ионной поддержки или ионно-лучевое распыление, при которых на поверхность подложки наносятся многослойные пленки разной толщины, образующие клиновидные слои пленки, спектральные характеристики фильтра демонстрируют линейную зависимость.

По сравнению с традиционными узкополосными фильтрами, фильтры с линейным градиентом обеспечивают практически непрерывные спектральные каналы; таким образом, использование фильтров с линейным градиентом в спектроскопии позволяет добиться более высокого спектрального разрешения. По сравнению со спектроскопическими устройствами визуализации, такими как призмы и дифракционные решётки, спектроскопические системы визуализации на основе фильтров с линейным градиентом отличаются высокой интеграцией, стабильностью и разрешением. Эти системы обладают компактной общей конструкцией, малыми размерами и легким весом, а также характеризуются более низкими затратами на исследования, разработку и производство, что делает их весьма перспективными для практического применения. Фильтры с линейным градиентом также могут использоваться в таких областях, как портативные спектрометры, оптическая разделение второго порядка или отсечка с помощью дифракционных решёток, а также в проектировании лазерных зеркал.

Линейно изменяющийся фильтр (ЛИФ) — это новейший спектроскопический компонент, появившийся в результате развития призм, дифракционных решёток и различных недавно введённых элементов спектрального разделения. По сравнению с традиционными спектроскопическими компонентами, такими как призмы и дифракционные решётки, ЛИФы обладают преимуществами, включая компактные размеры, несколько полос пропускания и гибкую настройку положений этих полос. Поскольку ЛИФы можно комбинировать с матрицами детекторов CCD/CMOS для создания детекторов, способных осуществлять спектральное распознавание, они значительно упрощают спектроскопические системы и повышают надёжность, стабильность и оптическую эффективность приборов, чем и привлекают всё больше внимания. Спектрометры, в которых ЛИФы выступают в качестве основного спектроскопического элемента, успешно применяются в многочисленных областях, включая аэрокосмическую отрасль, полевую разведку, мониторинг атмосферы, проверку безопасности пищевых продуктов, анализ биожидкостей и мульти-/гиперспектральную съёмку.

Применение:

Технология спектральной визуализации

По сравнению со спектральными имиджерами, основанными на призмах и дифракционных решётках, спектральные имиджеры, использующие линейные градиентные фильтры, обладают такими преимуществами, как высокая интеграция, высокая стабильность и высокое разрешение. Их общая конструкция компактна, они имеют небольшие размеры и малый вес, а также отличаются более низкими затратами на исследования, разработку и производство, что делает их весьма перспективными для практического применения.

Линейные градиентные фильтры также могут использоваться в портативных спектрометрах, в конструкциях дифракционных решёток для разделения/отсечения света второго порядка, в дизайне лазерных зеркал и в других смежных областях.

Диапазон отсечки: Диапазон отсечки относится к интервалу длин волн, который представляет собой спектральный участок, в котором энергия ослабляется фильтром. Степень блокировки обычно указывается в виде оптической плотности.

Оптическая плотность (OD): OD означает оптическую плотность. Когда свет проходит через образец, часть света поглощается. OD отражает величину энергии, блокируемой или отражаемой фильтром; это специализированный термин, используемый в методах детекции. Единица измерения OD выражается в виде значения OD, вычисляемого следующим образом: OD = lg(1/транс), где транс обозначает пропускную способность измеряемого образца. Высокое значение OD указывает на низкую пропускную способность, тогда как низкое значение OD свидетельствует о высокой пропускной способности. Значение OD 6,0 и выше подходит для применений, требующих экстремальной блокировки, таких как рамановская спектроскопия или флуоресцентная микроскопия. Значение OD от 3,0 до 4,0 идеально подходит для разделения и очистки на основе лазеров, машинного зрения и химической детекции, тогда как значение OD 2,0 и ниже оптимально для сортировки цветов и разделения спектральных порядков.

OD* обозначает границу отсечки; согласно OD1 через OD6, пропускная способность полосы отсечки варьируется от 0,1 до 0,000001.
Номер ОД, пропускание при граничной длине волны
OD1 = 0,1, что составляет 10%.
OD2 = 0,01, или 1%
OD3 = 0,001, что составляет 0,1%.
OD4 = 0,0001, что составляет 0,01%.
OD5 = 0,00001, что составляет 0,001%.
OD6 = 0,000001, что составляет 0,0001%.

Срок номер Срок группа

От 400 до 1100 нм

B 300–1200 нм

От 200 до 2000 нм

D 400–700 нм

E 400–800 нм

F 400–1000 нм

G 300–900 нм

H 500–1000 нм

Я 800~1000 нм

J 700–1200 нм

К 200~1100 нм

L 200–1200 нм

M 200–1400 нм

N 400–1200 нм

От 200 до 1150 нм

P 200–800 нм

Q 350~700 нм

В 200–700 нм

В 300~950 нм

В 200~1000 нм

X 200–750 нм

Например:

OD3-A: Пропускание световых волн в диапазоне длин волн 400–1100 нм составляет 0,001, за исключением спектральных полос по обе стороны от центральной длины волны, каждая из которых занимает половину ширины полосы.

OD3-B: Пропускание световых волн в диапазоне длин волн 300–1200 нм составляет 0,001, за исключением спектральных полос по обе стороны от центральной длины волны, каждая из которых занимает половину ширины полосы.

OD3-C: Пропускание световых волн в диапазоне длин волн от 200 до 2000 нм составляет 0,001, за исключением спектральных полос по обе стороны от центральной длины волны, каждая из которых занимает половину ширины полосы.

OD3-D: Пропускная способность световых волн в диапазоне длин волн 400–700 нм составляет 0,001, за исключением полосы, занимающей половину ширины полосы пропускания по обе стороны от центральной длины волны.

OD3-K: Пропускание световых волн в диапазоне длин волн 200–1100 нм составляет 0,001, за исключением спектральных полос по обе стороны от центральной длины волны, каждая из которых занимает половину ширины полосы.

OD4-A: Пропускание световых волн в диапазоне длин волн от 400 до 1100 нм составляет 0,0001, исключая спектральные полосы по обе стороны от центральной длины волны, каждая из которых занимает половину ширины полосы.

OD4-B: Пропускание в диапазоне длин волн 300–1200 нм составляет 0,0001, за исключением полосы, занимающей половину ширины полосы пропускания по обе стороны от центральной длины волны.

OD4-C: Пропускание в диапазоне длин волн 200–2000 нм составляет 0,0001, за исключением спектральных полос по обе стороны от центральной длины волны, каждая из которых занимает половину ширины полосы.

OD4-D: Пропускание световых волн в диапазоне длин волн 400–700 нм составляет 0,0001, за исключением полосы, занимающей половину ширины полосы пропускания по обе стороны от центральной длины волны.

OD4-K: Пропускание в диапазоне длин волн 200–1100 нм составляет 0,0001, за исключением спектральных полос по обе стороны от центральной длины волны, каждая из которых занимает половину ширины полосы.

Длина волны отсечки — это термин, используемый для обозначения длины волны, при которой пропускание через фильтр увеличивается до 50%. На приведённом ниже рисунке длина волны отсечки обозначена как λcut-on.

Длина волны отсечки — это термин, используемый для описания длины волны, при которой пропускание фильтра падает до 50%. На приведённом ниже рисунке длина волны отсечки обозначается как λcut-off.

Иллюстрация граничной длины волны

Оптические фильтры — это оптические устройства, используемые для выбора конкретных диапазонов длин волн излучения. Они могут избирательно пропускать часть спектра, блокируя при этом прохождение остальных его частей. Оптические фильтры широко применяются в микроскопах, спектроскопии, химическом анализе и машинном зрении.

Пропускание (T): Предположим, начальная интенсивность света составляет 100%. После прохождения через фильтр часть света теряется. Если измеренное пропускание после фильтрации составляет лишь 80% от исходного значения, то мы говорим, что оптическое пропускание этого фильтра равно всего 80%.

Центральная длина волны (CWL): Центральная длина волны, используемая для определения полосового фильтра, представляет собой середину спектральной ширины полосы пропускания, на которой фильтр обеспечивает передачу света. В частности, речь идёт о длине волны, фактически применяемой в практическом использовании фильтра — например, если основной пик источника света приходится на светодиод с длиной волны 800 нм, то необходимая центральная длина волны будет равна 800 нм.

Полная ширина на уровне половины максимума (FWHM): полное название — «полная ширина на уровне половины максимумов», часто сокращается до FWHM. Эта величина используется для характеристики ширины спектрального диапазона, передаваемого полосовым фильтром. В частности, верхний и нижний пределы этой ширины определяются длинами волн, при которых пропускание фильтра достигает 50% от своего максимального значения. Например, если максимальное пропускание фильтра составляет 90%, то длины волн, на которых пропускание фильтра падает до 45%, будут задавать верхний и нижний пределы FWHM. FWHM в 10 нм или менее считается узкополосным и обычно применяется в лазерной очистке и химическом传感е. FWHM от 25 до 50 нм обычно используется в приложениях машинного зрения; FWHM свыше 50 нм относится к широкополосным и часто применяется в флуоресцентной микроскопии.

Флуоресцентные фильтры обычно состоят из трёхслойной комбинации: фильтра возбуждения, фильтра эмиссии и дихроичного зеркала.

Экскитирующий фильтр (фильтр возбуждения): в флуоресцентной микроскопии этот фильтр пропускает только длины волн, способные вызвать флуоресценцию. Раньше использовались фильтры, пропускающие короткие длины волн; в настоящее время преимущественно применяются полосовые фильтры. Корпус фильтра помечен стрелкой, указывающей рекомендуемое направление распространения света.

Фильтр излучения (фильтр эмиссии, барьерный фильтр, излучатель): этот фильтр отбирает и пропускает флуоресценцию, испускаемую образцом, одновременно блокируя другие длины волн света. Длина волны излучения больше длины волны возбуждения (ближе к красному концу спектра). В качестве фильтра излучения может использоваться как полосовой фильтр, так и фильтр длинноволнового прохода. Корпус фильтра помечен стрелкой, указывающей рекомендуемое направление распространения света.

Дихроичное зеркало (дихроичный делитель пучка, дихроматический делитель пучка): также известно как дихроичный фильтр или цветоразделительное зеркало. Оно располагается под углом 45° к оптическому пути микроскопа. Этот фильтр отражает один цвет света (исходящий свет) и пропускает другой цвет света (эмиссионный свет). Отражательная способность исходящего света превышает 90%, а пропускная способность эмиссионного света — 90%. Часть спектра, которая не может пройти через фильтр, отражается, а не поглощается. Поскольку цвета прошедшего и отражённого света являются дополнительными друг другу, этот фильтр также называют дихроичным фильтром.

Флуоресцентные фильтры, сокращённо — фильтры для флуоресцентной визуализации, являются важнейшими компонентами, используемыми в биомедицинских и биологических приборах. Их основная функция заключается в разделении и отборе характерных спектральных диапазонов возбуждающего света и испускаемой флуоресценции в системах биомедицинского флуоресцентного детектирования и анализа. Как правило, эти фильтры должны иметь глубину оптической плотности (OD) не менее 5 (оптическая плотность, OD = -lgT). Основные требования к фильтрам, применяемым в системах флуоресцентного детектирования, включают высокую крутизну перехода, высокую пропускную способность, высокую точность позиционирования, большую глубину затухания и отличную устойчивость к воздействию окружающей среды.

Фильтрация является важным этапом в оптических процессах, таких как формирование изображений и распознавание, например:

1. Инфракрасный фильтр: оптический фильтр, пропускающий видимый свет и блокирующий или отражающий инфракрасное излучение. Этот продукт используется в камерах для съемки в таких областях, как мобильные телефоны, фотоаппараты, автомобильные системы, ПК, планшеты и системы охранного видеонаблюдения.

2. Низкочастотный фильтр: устраняет муаровые узоры и коррекцию хроматической аберрации, вызванные высокочастотными световыми волнами. Продукт используется в цифровых камерах, видеокамерах и системах наблюдения.

3. Фильтр отпечатков пальцев под дисплеем: пропускает зелёный свет, блокируя при этом все другие длины волн.

4. Узкополосный фильтр: на подложку, например, на стекло, наносится узкополосное оптическое покрытие, обеспечивающее высокую пропускную способность света в конкретном диапазоне длин волн и глубокую отсечку для других длин волн. Фильтр также гарантирует минимальное спектральное смещение даже при падении света под большим углом. Этот продукт используется в датчиках расстояния и в модулях передачи и приема 3D-камер.

В последние годы, благодаря развитию таких технологий, как многокамерные системы в мобильных телефонах, перископические телеобъективы, фронтальные 3D-структурированные световые сенсоры, задние датчики времени полёта (TOF), распознавание отпечатков пальцев под дисплеем и стеклянные задние панели, применение продуктов нашей компании в мобильных телефонах неуклонно растёт, что приводит к постоянному увеличению стоимости одного устройства.

Многокамерность: стимулируя дальнейший рост инфракрасных фильтров с отсечением излучения

Инфракрасный фильтр — это оптический фильтр, который пропускает видимый свет и блокирует инфракрасное излучение. Когда свет попадает в линзу и претерпевает преломление, видимый свет и инфракрасное излучение фокусируются на разных плоскостях изображения: видимый свет формирует цветное изображение, тогда как инфракрасное излучение даёт чёрно-белое изображение. После того как изображение, сформированное видимым светом, будет надлежащим образом скорректировано, инфракрасное излучение образует виртуальное изображение на той же самой плоскости, тем самым влияя на цвет и качество всего изображения.

Инфракрасные фильтры с отсечкой можно дополнительно разделить на два типа: отражающие фильтры и поглощающие фильтры. Наиболее критичным этапом в производстве фильтров является нанесение покрытия, которое должно обеспечивать однородность и стабильность слоя покрытия. Методы нанесения покрытия можно условно разделить на вакуумное покрытие и химическое покрытие. После нанесения покрытия такие фильтры обычно способны блокировать свет с длиной волны выше 650 нм, тем самым удовлетворяя базовые требования применения.

ИКФ, изготовленный путём покрытия синей стеклянной подложки, фильтрует инфракрасный свет за счёт поглощения, эффективно блокируя длины волн выше 630 нм. Напротив, ИКФ, изготовленный путём покрытия обычной стеклянной подложки, фильтрует инфракрасный свет за счёт отражения; однако отражённый свет может легко вызывать помехи и тем самым обеспечивать менее эффективную работу по сравнению с ИКФ на основе синего стекла.

Важная составляющая 3D-камер — узкополосные фильтры

Узкополосный фильтр — это оптический компонент, который пропускает только свет с определённой длиной волны, блокируя при этом все другие длины волн. В приложениях 3D-чувствования передающая сторона излучает инфракрасный свет с длиной волны 940 нм, а принимающая сторона должна отфильтровать все остальные длины волн и принимать только инфракрасный свет с длиной волны 940 нм; поэтому требуется узкополосный фильтр. Полоса пропускания узкополосного фильтра относительно узкая, обычно её ширина не превышает 5% от центральной длины волны.

Тонкая пленка узкополосного фильтра обычно состоит из двух типов слоев — материалов с низким и высоким показателем преломления, — сложенных друг на друга в виде десятков слоев. Любое отклонение параметров отдельных слоев тонкой пленки может повлиять на общую производительность. Более того, пропускание узкополосного фильтра крайне чувствительно к потерям в тонких пленках; поэтому крайне сложно изготовить фильтры, обладающие одновременно очень высоким пиковым пропусканием и узкой шириной полосы пропускания при половине максимального значения (FWHM). Существует множество различных методов изготовления тонких пленок, включая химическое осаждение из паровой фазы, термическую оксидацию, анодирование, соль-гель технологию, атомно-слоевое осаждение (ALD), атомно-слоевую эпитаксию (ALE) и магнетронное распыление. Характеристики тонких пленок, полученных этими различными методами, могут существенно отличаться.

Отпечаток пальца под дисплеем: Технология отпечатка пальца под дисплеем быстро набирает популярность, что способствует росту спроса на оптические фильтры.

По мере того как уровень проникновения решений для распознавания отпечатков пальцев под дисплеем продолжает расти, спрос на оптические фильтры ещё больше увеличивается.

Флуоресценция, китайский термин, также пишущийся как «иньгуан», обозначает холодный люминесцентный явление, при котором вещество излучает свет после возбуждения падающим светом определённой длины волны — обычно ультрафиолетовым или рентгеновским. Когда вещество при комнатной температуре поглощает энергию от такого падающего света, оно переходит в возбуждённое состояние и затем мгновенно возвращается в основное состояние, испуская свет с большей длиной волны, чем у падающего света (обычно в пределах видимого спектра). У многих флуоресцирующих веществ излучение прекращается сразу же после того, как падающий свет убирают. Излучаемый свет с такими характеристиками называется флуоресценцией. Кроме того, некоторые вещества продолжают излучать свет относительно долго даже после выключения падающего света; это явление известно как фосфоресценция. В повседневной жизни люди часто в широком смысле называют любое слабое свечение флуоресценцией, не обращая внимания на детали или не различая механизмы, лежащие в основе люминесценции. Также флуоресценцией называют прохладный свет с низкой температурой (не цветовой температурой).

Принцип, лежащий в основе флуоресценции

Когда свет падает на определённые атомы, энергия света заставляет некоторые электроны, окружающие атомное ядро, перейти с их исходных орбит на орбиты с более высокой энергией — переходя из основного состояния в первое возбуждённое синглетное состояние или во второе возбуждённое синглетное состояние и так далее. Поскольку первое возбуждённое синглетное состояние или второе возбуждённое синглетное состояние являются нестабильными, они со временем возвращаются в основное состояние. Когда электроны возвращаются из первого возбуждённого синглетного состояния в основное, избыток энергии выделяется в виде света, что и приводит к флуоресценции.

Флуоресценция — это излучение света веществом после того, как оно поглотило свет или другое электромагнитное излучение. В большинстве случаев излучаемый свет имеет большую длину волны и меньшую энергию по сравнению с поглощённым светом. Однако при достаточно высокой интенсивности поглощения может происходить двухфотонное поглощение, в результате чего излучаемое излучение будет иметь более короткую длину волны, чем поглощённое. Когда длина волны излучаемого света совпадает с длиной волны поглощённого света, этот процесс называется резонансной флуоресценцией. Обычный пример — поглощение ультрафиолетового света веществом с последующим испусканием видимой флуоресценции. Флуоресцентные лампы, которые мы используем в повседневной жизни, работают именно по этому принципу: фосфорное покрытие внутри колбы лампы поглощает ультрафиолетовое излучение, испускаемое парами ртути внутри колбы, и затем повторно излучает видимый свет, делая его заметным для человеческого глаза.

Параметры флуоресценции

(1) Спектр возбуждения: Зависимость между интенсивностью или эффективностью люминесценции конкретной линии или полосы люминесцентного материала и длиной волны возбуждающего света при освещении светом разной длины волны.

(2) Спектр излучения: Изменение интенсивности люминесценции на различных длинах волн при возбуждении люминесцентного материала специфическим возбуждающим светом.

(3) Интенсивность флуоресценции: Интенсивность флуоресценции зависит от таких факторов, как квантовый выход флуоресценции, коэффициент поглощения и концентрация вещества.

(4) Квантовый выход флуоресценции Q: Квантовый выход характеризует способность вещества преобразовывать поглощённую световую энергию в флуоресценцию; он представляет собой отношение числа фотонов, испускаемых флуоресцирующим веществом, к числу поглощённых фотонов.

(5) Сдвиг Стокса: Сдвиг Стокса — это разница между длиной волны максимального излучения флуоресценции и длиной волны максимального поглощения.

(6) Время жизни флуоресценции: Когда пучок света возбуждает флуоресцирующее вещество, молекулы флуоресцирующего материала поглощают энергию и переходят из основного состояния в возбуждённое. Затем, возвращаясь в основное состояние, они испускают флуоресценцию в виде излучения. Время жизни флуоресценции определяется как время, необходимое для того, чтобы интенсивность флуоресценции молекул уменьшилась до 1/e от её максимальной интенсивности в момент прекращения возбуждения.

Квантовые точки из селенида кадмия излучают флуоресценцию при воздействии ультрафиолетового света.

Применения флуоресценции

Освещение

Люминесцентная лампа

Обычная люминесцентная лампа является ярким примером. Внутренняя полость ламповой трубки вакуумируется, а затем заполняется небольшим количеством ртути. Когда между электродами внутри трубки возникает электрический разряд, ртуть излучает свет в ультрафиолетовом спектре. Этот ультрафиолетовый свет невидим и опасен для здоровья человека. Поэтому внутренняя поверхность ламповой трубки покрывается веществом, называемым фосфором (или люминофором), которое поглощает ультрафиолетовый свет и переизлучает его в виде видимого света.

Светодиоды (LED), способные излучать белый свет, также работают по аналогичному принципу. Свет, излучаемый полупроводниками, имеет синий цвет, и этот синий свет может возбуждать люминофоры — например, фосфор — прикреплённые к отражающему электроду, заставляя их испускать оранжевую флуоресценцию. Когда эти два цвета света смешиваются вместе, они дают приближение к белому свету.

Хайлайтер

Фломастеры для выделения текста содержат флуоресцентные красители, которые дают флуоресцентный эффект при воздействии ультрафиолетового света — например, солнечного света, ламп дневного света или ртутных ламп. Под ультрафиолетовым освещением эти фломастеры излучают белый свет, придавая цветам яркий, флуоресцентный вид. Флуоресценция фломастеров отличается от флуоресценции часов или светящихся палочек: светящиеся палочки основаны на внутренней радиоактивной реакции, которая генерирует излучение, в свою очередь возбуждающее окружающий флуоресцентный порошок и заставляющее его светиться. В результате светящиеся палочки могут продолжать светиться даже в отсутствие любого ультрафиолетового света ночью. Напротив, фломастеры проявляют флуоресценцию только при воздействии ультрафиолетового света. Вы легко можете это проверить, поднеся маркер фломастера близко к ловушке для комаров или детектору банкнот — оба устройства излучают ультрафиолетовый свет.

Биохимический и медицинский

Флуоресценция имеет широкий спектр применений в области биохимии и медицины. С помощью химических реакций флуоресцентные химические группы можно присоединять к биомолекулам, после чего эти биомолекулы можно чувствительно обнаруживать путём наблюдения за флуоресценцией, излучаемой маркированными группами.

Профиль секвенирования ДНК, полученный с использованием флуоресцентно меченого агента, прекращающего цепь.

Метод терминации цепи для автоматизированного секвенирования ДНК: в оригинальном методе концы праймеров ДНК необходимо было маркировать флуоресцентными красителями, чтобы обеспечить точную идентификацию полос ДНК на секвенционном геле. В усовершенствованном методе четыре типа дидезоксинуклеотидов (ddNTP), которые служат терминаторами цепи, каждый маркируются отдельно флуоресцентными красителями. После электрофореза молекулы ДНК разной длины разделяются в зависимости от их размеров. При облучении ультрафиолетовым светом четыре различно маркированных дидезоксинуклеотида испускают флуоресценцию на разных длинах волн. Анализируя спектр флуоресценции, можно точно определить последовательность ДНК. Обнаружение ДНК: бромид этидиума — это флуоресцентный краситель, который излучает лишь очень слабую флуоресценцию, когда свободно меняет свою конформацию в растворе. Однако, как только он встраивается между парами оснований двойной спирали нуклеиновых кислот и связывается с молекулами ДНК, он начинает интенсивно флуоресцировать. Поэтому бромид этидиума обычно добавляют во время гель-электрофореза для окрашивания ДНК. ДНК-микрочипы (биочипы): геномные зонды должны быть маркированы флуоресцентными красителями, а целевые последовательности в конечном итоге идентифицируются путем анализа полученных флуоресцентных сигналов. Иммунофлуоресцентный анализ в иммунологии: антитела маркируют флуоресцентными красителями, что позволяет исследователям определять местоположение и природу антигенов на основе распределения и морфологии флуоресценции. Проточная цитометрия (также известная как активируемое флуоресценцией сортирование клеток, FACS): образцы клеток маркируют флуоресцентными красителями, затем возбуждают лазерными лучами для получения специфической флуоресценции. Излучаемая флуоресценция детектируется оптической системой и передается на компьютер для анализа, тем самым выявляя различные характеристики клеток. Флуоресцентная технология также применяется для обнаружения и анализа молекулярных структур ДНК и белков, особенно сложных биологических макромолекул. Люминесцентный белок медузы был впервые выделен из морского организма Aequorea victoria. В присутствии ионов кальция он излучает зелёную флуоресценцию. Эта особенность была использована для наблюдения в реальном времени за движением ионов кальция внутри клеток. Открытие люминесцентного белка медузы послужило толчком для дальнейших исследований морских медуз и привело к идентификации зелёного флуоресцентного белка (GFP). Полипептидная цепь GFP содержит уникальную хромофорную структуру, которая позволяет ему испускать стабильную зелёную флуоресценцию при воздействии ультрафиолетового света без необходимости дополнительных кофакторов или специальных обработок. В результате GFP и родственные ему белки стали незаменимыми инструментами в биохимических и клеточных исследованиях. Флуоресцентная микроскопия: флуоресцентная микроскопия с полным внутренним отражением — многие биомолекулы обладают собственной флуоресценцией и могут излучать свет без необходимости добавления дополнительных химических групп. Иногда эта собственная флуоресценция может изменяться в ответ на условия окружающей среды, что позволяет использовать эту чувствительность к внешней среде для обнаружения распределения и свойств молекул. Например, билирубин, связываясь с определённым участком сывороточного альбумина, даёт яркую флуоресценцию. Аналогично, когда эритроциты лишены железа или содержат свинец, они вместо нормального гема (гемоглобина) производят протопорфирин цинка; протопорфирин цинка проявляет интенсивную флуоресценцию и поэтому может использоваться для выявления первопричины некоторых заболеваний.

Драгоценные камни, минералы

Драгоценные камни, минералы, волокна и другие материалы, которые могут служить судебно-медицинскими доказательствами, при воздействии ультрафиолетового или рентгеновского излучения могут испускать флуоресценцию различного характера.

Рубины, изумруды и бриллианты могут испускать красное флуоресцентное излучение под ультрафиолетовым светом коротковолнового диапазона. Изумруды, топаз (жёлтый нефрит) и жемчуг также способны флуоресцировать под ультрафиолетовым светом. Кроме того, бриллианты могут проявлять фосфоресценцию под рентгеновскими лучами.

Концептуальное различие

Люминесценция, вызванная возбуждением светом (обычно ультрафиолетовым или рентгеновским), называется фотолюминесценцией; к ней относятся такие явления, как флуоресценция и фосфоресценция. Люминесценция, обусловленная химическими реакциями, известна как хемилюминесценция; флуоресцентные палочки, используемые на концертах, излучают свет благодаря химической реакции, запускаемой при смешивании двух жидких химических веществ. Люминесценция, вызванная катодными лучами (потоком высокоэнергетических электронов), называется катодолюминесценцией — именно так излучает свет флуоресцентный экран в кинескопе телевизора. Явление холодной люминесценции в живых организмах называется биолюминесценцией; например, свет, излучаемый светлячками, именуют «иньгуан». В древнекитайском языке иероглиф «инь» использовался взаимозаменяемо с иероглифом «ин», а в некоторых китайскоязычных регионах иероглиф «инь» конкретно ассоциируется с насекомыми. На Тайване флуоресценцию часто называют «иньгуан»; на материковом Китае её чаще именуют просто «иньгуан», тогда как термин «иньгуан» обычно относится именно к свету, излучаемому светлячками.

Инструмент

Измерение флуоресценции обязательно требует использования прибора. Прибор, обычно используемый для определения количества флуоресценции, содержащейся в веществе, называется флуоресцентным спектрофотометром.

Основная структура флуоресцентного анализатора включает: источник возбуждающего света, возбуждающий монochроматор, камеру для образца, эмиссионный монochроматор и систему детектирования.

1. При работе с оптическими линзами всегда надевайте напальчники. Если ваши руки вступают в контакт с такими веществами, как кислоты или соли, которые легко разъедают поверхность стекла, не прикасайтесь к оптическим линзам непосредственно голыми руками. Это может оставить на линзах следы. Если эти следы оставить без внимания на длительный срок, они могут превратиться в несмываемые пятна, отрицательно влияющие на качество изображения оптических компонентов.

2. При обращении с оптическими линзами относитесь к ним осторожно. Многие оптические линзы изготавливаются из стекла и легко подвергаются вмятинам, сколам по краям и царапинам.

3. При обращении с мобильными оптическими линзами всегда держитесь за края линз — никогда не прикасайтесь непосредственно к оптическим поверхностям. Даже при использовании напальчников избегайте прямого контакта с поверхностью линз.

4. Когда оптические линзы не используются, положите их на мягкую поверхность. Не кладите линзы непосредственно на стекло, металл, столы или грязные бумажные поверхности, так как это легко может привести к появлению царапин на линзах.

5. Когда на поверхности линзы есть пыль, аккуратно удалите её чистым ушным шариком, слегка дунув на неё.

6. Если на линзе есть пятна или следы пота, аккуратно протрите её салфеткой для очистки линз или шёлковой тканью, слегка смоченной спиртом или ацетоном.

7. При хранении линз оберните их чистой конденсаторной бумагой или салфетками для очистки линз. Храните их в условиях умеренной температуры — около 23°C — и при влажности ниже 40%. По возможности храните их в шкафу с осушителем.

8. При хранении линз не складывайте оптические линзы друг на друга; каждую линзу необходимо размещать отдельно, без перекрытия.

9. Когда линзы загрязняются, немедленно очистите их — но будьте осторожны, чтобы не поцарапать их, поскольку пыль легко может вызвать царапины на линзах.

Читатель для иммуноферментного анализа (ИФА), также известный как детектор ИФА, — это специализированный прибор, предназначенный для использования в иммуноферментных анализах. По сути, это разновидность модифицированного специализированного спектрофотометра или колориметра. Основной принцип его работы и основные конструктивные компоненты в принципе аналогичны таковым у обычного спектрофотометра. Читатели для ИФА можно условно разделить на два типа: полуавтоматические и полностью автоматические. Однако их базовые принципы работы практически идентичны; в основе лежит колориметр — прибор, использующий колориметрический анализ для определения концентрации антигенов или антител.

Что такое иммуноферментный анализ?

Иммуноферментный анализ, часто сокращённо называемый ИФА, — это вид метода маркировки, который развился на основе технологии флуоресцентных антител и изотопного иммуноанализа. Это современная методика, отличающаяся высокой чувствительностью, специфичностью, быстротой и способностью к автоматизации.

Основной принцип иммуноферментного анализа (ИФА) заключается в конъюгировании антигена или антитела с ферментом с помощью связующего агента, в результате чего образуется фермент-конъюгат антигена или антитела. Этот фермент-конъюгат антигена или антитела может специфически реагировать с соответствующим антигеном или антителом, иммобилизованным на твердой фазе носителя или присутствующим в тканях, образуя стабильный иммунный комплекс, сохраняющий свою биологическую активность. При добавлении подходящего субстрата субстрат катализируется ферментом, что приводит к характерной цветовой реакции. Интенсивность окраски прямо пропорциональна концентрации соответствующего антигена или антитела.

Поскольку эта технология основана на реакции антиген-антитело и высокоэффективном каталитическом действии ферментов, она обладает высокой чувствительностью и специфичностью, что делает её чрезвычайно надёжным иммунологическим методом анализа.

Принцип работы устройства для иммуноферментного анализа (ИФА).

Инструмент для проведения иммуноферментного анализа (ИФА) — это прибор, работающий по принципу ферментной маркировки. Он аналогичен модифицированному спектрофотометру или колориметру, и его основной принцип работы, а также основные конструктивные элементы в значительной степени совпадают с таковыми у обычного спектрофотометра.

Световые волны, излучаемые источником света, фильтруются через фильтр или монохроматор, превращаясь в пучок монохроматического света, который затем попадает в пластиковую микропористую матрицу, содержащую исследуемый образец. Часть этого монохроматического света поглощается образцом, тогда как оставшаяся часть проходит сквозь образец и попадает на фотоэлектрический детектор. Фотоэлектрический детектор преобразует эти сигналы света различной интенсивности, исходящие от образца, в соответствующие электрические сигналы. После обработки сигналов — включающей предварительное усиление, логарифмическое усиление и аналогово-цифровое преобразование — электрические сигналы направляются в микропроцессор для обработки данных и вычислений. Наконец, результаты отображаются на мониторе и распечатываются принтером.

Микропроцессор также управляет механическим приводным механизмом, позволяя перемещать микропланшет в направлениях X и Y с помощью управляющей схемы, тем самым автоматизируя процесс загрузки образцов и их детекции. В отличие от этого, некоторые другие считыватели ELISA полагаются на ручное перемещение микропланшета для проведения детекции, что исключает необходимость в механических приводных механизмах и управляющих схемах в направлениях X и Y. В результате такие приборы более компактны и имеют более простую конструкцию.

Микроплита — это прозрачная пластиковая плита, предварительно покрытая специальным веществом и специально разработанная для удержания образцов перед анализом. Плита оснащена несколькими рядами одинаковых маленьких лунок равного размера, каждая из которых содержит соответствующий антиген или антитело. Каждая лунка микроплиты способна вместить несколько десятых миллилитра раствора. Распространённые типы включают плиты с 40 лунками, 55 лунками, 96 лунками и другие. Различные приборы комплектуются микроплитами разных спецификаций, что позволяет проводить как одиночный анализ каждой лунки, так и сканирование по рядам.

Анзимные считыватели измеряют поглощение анализируемого вещества на определённой длине волны. С развитием методов детекции одноблочные настольные анзимные считыватели, оснащённые несколькими режимами детекции, называются многофункциональными анзимными считывателями. Эти считыватели способны определять поглощение (Abs), интенсивность флуоресценции (FI), флуоресценцию с разрешением по времени (TRF), поляризацию флуоресценции (FP) и хемилюминесценцию (Lum).

С принципиальной точки зрения, читатели микропланшетов можно разделить на читатели микропланшетов с решётчатым спектрометром и читатели микропланшетов с фильтровым спектрометром. Читатели микропланшетов с решётчатым спектрометром способны выбирать любую длину волны в пределах спектра источника света, тогда как читатели микропланшетов с фильтровым спектрометром, в зависимости от выбранных фильтров, могут обнаруживать только определённые длины волн.

Структура устройства для чтения микропланшетов

Монохроматический свет, используемый в приборах для определения ферментов, может быть получен либо с помощью когерентных фильтров, либо с помощью монochроматора, аналогичного тому, что применяется в спектрофотометрах. При использовании фильтров в качестве фильтрующих устройств, так же как и в обычных колориметрах, фильтры могут размещаться как перед, так и за микропланшетом; в обоих случаях эффект будет одинаковым. Свет, излучаемый источником лампы, проходит через конденсорную линзу и диафрагму, затем попадает на зеркало. Отражаясь под углом 90° от зеркала, свет движется вертикально через колориметрический раствор и затем проходит через фильтр, прежде чем достигнуть фототрубки.

Считыватели микропластин можно разделить на два типа: одноканальные и многоканальные. В свою очередь, одноканальные считыватели бывают двух разновидностей: автоматические и ручные. Автоматические модели оснащены механическими приводными механизмами в направлениях X и Y, что позволяет им последовательно перемещать крошечные лунки микропластины одну за другой под световым лучом для проведения тестирования. Ручные модели, напротив, полагаются на ручное перемещение микропластины для выполнения измерений.

На основе одноканального микропланшетного читателя были разработаны многоканальные микропланшетные читатели. Эти многоканальные читатели, как правило, автоматизированы. Они оснащены несколькими световыми пучками и несколькими фотодетекторами — например, 12-канальный прибор имеет 12 световых пучков или 12 оптических путей, 12 детекторов и 12 усилителей. Под воздействием механического привода в направлении X образцы сканируются последовательно по рядам из 12. Многоканальные микропланшетные читатели обеспечивают высокую скорость обнаружения, однако их конструкция более сложная, и они стоят дороже.