Nye fluorescensbaserede metoder til hurtige og tilgængelige lysintensitetsmålinger

Nøjagtige målinger af lysintensitet giver vitale data til videnskabsmænd og hverdagsbrug. For eksempel hjælper præcise værdier med at optimere mikroskopisignaler, udløse fysiologiske processer i hjernen og fremkalde lysabsorberende reaktioner, mens de gør det muligt for forskellige forskerhold at dele og reproducere eksperimentelle resultater.

"I dag er et stort samfund af biologer, kemikere, ingeniører og fysikere optaget af at levere præcise antal fotoner," forklarer et forskerhold, hvis arbejde netop er blevet offentliggjort i Nature Methods . I en større skala er præcision også afgørende for kritiske opgaver såsom vandrensning og fototerapeutik.

De fleste tilgange mangler dog alsidighed og brugervenlighed. For eksempel kan de fleste metoder ikke kvantificere lysintensitet og rumlig fordeling samtidigt eller kan kun gøre det på tværs af et begrænset område af lysbølgelængder og -intensiteter.

For at give et alsidigt alternativ til begrænsningerne ved nuværende tilgange udviklede forskerholdet to komplementære protokoller ved hjælp af nye aktinometre - fysiske eller kemiske systemer, der kan kvantificere fotoner. Da de er flydende opløsninger, kan aktinometre bruges i prøver af forskellige former og størrelser. Alligevel er de fleste ikke særlig nøjagtige eller kompatible med billeddannelsessystemer og er normalt begrænset til specifikke bølgelængder og lysintensiteter.

For at overvinde disse begrænsninger brugte holdet fluorescensbaserede aktinometre, som viste sig at være hurtigere, mere følsomme og i stand til at levere data, der er mere tilgængelige for billeddannelsessystemer.

Den første protokol bruger fem molekylære aktinometre - der dækker hele spektret af ultraviolet og synligt lys - der udsender fluorescerende signaler, når de absorberer det excitationslys, som forskerne ønsker at måle. Under visse forhold kan denne protokol også kortlægge den rumlige fordeling af lysintensiteten. Holdet testede flere typer aktinometre, fra syntetiske kemikalier til kemikere til proteiner og fotosyntetiske organismer til biologer.

"Vi ønskede at gøre fluorescerende aktinometre tilgængelige for forskellige grupper af slutbrugere," siger forskerne.

Den anden protokol komplementerer de fluorescerende aktinometre i den første, fordi der på grund af deres begrænsede lysabsorptionsområder er behov for flere aktinometre for at dække hele bølgelængdeområdet. Denne protokol bruger en stabil fluorofor - et kemikalie, der kan genudsende lys ved lysexcitation - til at tilbageberegne lysintensiteten fra en bølgelængde til en anden.

"Tilsammen kan de to nye protokoller bruges i svagt lys situationer, kortere perioder og et bredere udvalg af bølgelængder end konventionelle metoder," bekræfter gruppen.

Forskerholdet har med succes anvendt protokollerne til at karakterisere den rumlige fordeling af lys i forskellige fluorescensbilleddannelsessystemer, hvilket demonstrerer deres alsidighed og nøjagtighed. Protokollerne er også blevet brugt til at kalibrere belysning i kommercielt tilgængelige instrumenter og lyskilder.

Disse protokoller kunne anvendes i bredfelts- og konfokalmikroskopi, hvilket muliggør præcis måling af lysintensiteten i biologiske prøver. Holdet siger:"Vi forestiller os, at [vores protokoller] vil forbedre vores forståelse af, hvordan lys påvirker sundheden og levedygtigheden af ​​biologiske prøver." Selv komplekse miljøer kan studeres, såsom i geler eller dybt inde i væv, en væsentlig egenskab for DREAM i sin mission om at registrere dynamikken i fotosynteseregulering i mikroalger eller planter.

Introduktion af disse fluorescens-baserede aktinometrimetoder repræsenterer et betydeligt spring fremad med hensyn til nøjagtig måling af lysintensitet. Med onlineadgang til aktinometeregenskaber og brugervenlige databehandlingsapplikationer bør forskere og ingeniører nu være udstyret til nøjagtigt at måle lysintensiteten og dele pålidelige og reproducerbare data på tværs af discipliner.

Flere oplysninger: Aliénor Lahlou et al., Fluorescens til at måle lysintensitet, Naturmetoder (2023). DOI:10.1038/s41592-023-02063-y

Journaloplysninger: Naturmetoder

Leveret af INsociety