LEX9 電生理與光遺傳專用螢光激發光源 (SciMedia)
發布日期：2023/9/28
工欲善其事, 必先利其器.
一個高性能的激發光源, 可以帶來不一樣的傲人結果 ! SciMedia 最新發布的 LEX9 ( Multi LED System ) 就是一組最高功率, 性能卓越, 最穩定的螢光激發光源. 具有客製化組合的多光譜選擇特性. 在電生理與光遺傳學應用領域, ( GCaMP, jGCaMP8, VSD, Ca+2 … ) 具有開創性的未來, 我們強烈建議, 此光源絕對是實驗室必備的利器.
SciMedia 最新發布的 LEX9 ( Multi LED System ) 高性能高功率的客製化選擇多光譜螢光激發光源.
LEX9 特點之一, 提供性能穩定的極高功率 LED 光源, 是傳統 150W 鹵素燈源的 4.3x 功率. 可提供更優質亮麗的螢光信號. 更高的信造比 (S/N )
- LEX9 配備了光學回饋機制，可監控輸出光的強度並保持強度恆定，從而最大限度地減少漂移。
- 雙波長激發 ：一台相機即可取得兩種波長 ( GCaMP imaging using 405nm and 460nm )
- 快速切換 ：用於高速成像和脈衝光刺激 - 由於不使用濾光輪等機械機構，因此可以在兩個波長之間高速切換。 即使在每個幀都用不同波長的激發光照射的應用中，也可以比以往更多地提高相機幀速率。 （兩種波長之間的切換需要外部脈衝產生器或可以輸出兩種脈衝模式的相機系統。）
基本組配的規格 :
可應用於許多螢光離子流檢視的指示劑, 例如 :
鈣離子指示劑 ( Calcium indicator )
在神經科學的研究技術與工具, 神經於訊號的追蹤與成像, 經常會使用鈣離子指示劑 ( Calcium indicator ). 鈣離子螢光指示劑是檢測鈣離子的動態變化。其特性是在未結合鈣離子前, 幾乎無螢光，與鈣離子結合後，螢光強度顯著增強。利用這一原理，可以通過指示劑的信號強弱來觀察細胞內鈣離子濃度水準的變化。
根據激發光波長範圍，鈣離子指示劑可以分為可見光激發和紫外光激發，而根據其工作原理又可以分為比率和非比率型。常見的鈣離子指示劑可分類為：
1. 紫外光 (UV) 激發Ca+2螢光探針
目前使用最廣泛的比率測量的鈣螢光指示劑 :
Fura-2 ( Ex=340 nm/380 nm Em=510 nm) 和
Indo-1 ( Ex 346 nm/ Em 475 nm)
都是紫外光激發的雙波長 Ca+2 螢光指示劑，也是目前最常用的比率型鈣離子螢光探針
2. 可見光 (VIS) 激發Ca+2螢光探針
可見光激發 Ca+2 探針具有更強的染料吸收性能，對 Ca+2 變化水準檢測敏感度也更高，能夠降低對活細胞的光毒性和樣品自發螢光以及光散射的干擾，且無光譜偏移。最常使用的可見光激發 Ca+2 螢光探針有 Fluo-3，Fluo-4，Rhod-2 等，同時他們也都是非比率型指示劑。
3. 基因重組 Ca+2 指示劑 ( GCaMP, jGCaMP8 )
GCaMP imaging (Hemodynamic correction using 405nm/460nm)
基因重組技術和光遺傳技術的高速發展，催生了新型基因重組編碼的 Ca2+ 指示劑( Genetically Encoded Calcium Indicator (GECI)。是一種基因重組螢光蛋白. 它們不依賴於螢光染料，為特定的組織具有專一性，如神經細胞、心肌細胞、T細胞等，並且可以避免螢光指示劑帶來的的許多問題，是監測活體轉基因動物體內鈣離子的一個極好的工具。可以分為兩大類：基於單個螢光蛋白的GCaMP和基於螢光共振能量轉移 (Fluorescent resonance energy transfer, FRET) 的GECI。其中GCaMP的應用最為廣泛。GCaMP的基本原理是在cpEGFP的兩端分別融合M13和CaM。在沒有鈣離子的條件下cpEGFP無法發揮作用。CaM結合鈣離子後能夠與M13結合從而改變cpEGFP的構象，此時cpEGFP可被激發。
目前, 市面上也有超高速的 jGCaMP8 指示器 被用來跟蹤 L2神經元 的反應，這些神經元是檢測果蠅視覺系統中光強度變化的“關閉”通路的一部分。
L2神經元 在光線變暗和變亮時圖元強度的變化。當光被關閉時，神經元去極化，鈣濃度增加，GCaMP螢光增強。當燈亮時，神經元超極化，鈣濃度下降，GCaMP螢光減弱。
新版本的 GCaMP 感測器，jGCaMP8感測器, 它們幾乎可以在神經元信號發生的同時捕捉到它們, jGCaMP8感測器 的反應速度幾乎與神經元釋放鈣離子的速度一樣快，使科學家能夠提取出腦細胞之間傳遞的單個毫秒級信號。比以前的GCaMP快近10倍. jGCaMP8指標的超快速度，以及它們的高靈敏度，意味著科學家現在可以分離來自特定神經元的單個信號，使研究人員能夠更好地理解當果蠅扇動翅膀、小鼠抖動鬍鬚或魚擺動鰭時所參與的大腦信號。使用 SciMedia LEX9 作為激發光源, 是一種最理想的實驗設計.
LEX9 也包括下列應用 :
Calcium imaging
Voltage sensitive dye imaging
電壓敏感染料 (Voltage-sensitive Dyes, VSD) 的神經膜電位的轉化光譜影像 (Optical Mapping) 是一項利用電壓敏感染料同步記錄膜電位活動 (membrane potential) 與相對電位活動的光譜影像的量測與圖示技術 ( 將神經元活動視覺化 ), 是集分子光電技術、超高速影像擷取技術, 神經生理科學、電腦科學等諸多學科為一體的創新科技. 是探測神經元和其他可興奮細胞中信號轉導的重要工具。
Intrinsic optical signal (IOS) imaging
最安全的一般是非侵入性成像技術。這類技術所採集的是大腦活動時產生的內源信號（intrinsic signal ）舉個例子，當手指被針紮後，皮質的觸覺區域會有明顯的活動，隨之而來的是1.局部血量變化，2.活動消耗氧氣，血紅蛋白氧飽和水準發生變化，3.散射光變化。這些變化可以通過電磁學手段如fMRI（功能性磁共振成像）或 ISOI（內源信號光學成像）間接反映。fMRI通常需要提高磁場大小，以獲得更高的信噪比，成本高昂，便攜性差。
ISOI 的原理很簡單：腦內神經元活動使皮質對特定波長的光敏感（如圖1）從而可以鑒別，這樣的光學方法，無毒無傷（指不損傷人腦），並且往往可以獲得更高的解析度與更快的成像速度。ISOI又可分為“無損形”和“開窗形”。
Light stimulation for Optogenetics
光遺傳學原理是運用工具病毒載體，將光感基因（如ChR2，eBR，NpHR3.0，Arch或OptoXR等）轉入到神經系統特定類型的細胞中進行特殊離子通道或GPCR的表達。光感離子通道在不同波長的光照刺激下會分別對陽離子或者陰離子的通過產生選擇性，如Cl-、Na+、H+、K+，從而造成細胞膜兩邊的膜電位發生變化，達到對細胞選擇性地興奮或者抑制的目的。 以光遺傳蛋白應用舉例：例如，對於ChR2來說，當有473nm的藍色激光照射時，這些通道蛋白的通道打開，允許陽離子（如Na+）大量內流，產生動作電位，即讓神經元處於興奮狀態。對於NpHR來說，當有580nm的黃色激光照射時，這些通道蛋白的通道打開，允許Cl-通過，使神經元一直處於靜息電位，即讓神經元保持靜息狀態。SciMedia LEX9 是一具很實用的光照工具.
Channelrhodopsin (ChR2)光敏感通道蛋白（channelrhodopsin-2，ChR2）
是一種受光脈衝控制的具有7次跨膜結構的非選擇性陽離子通道蛋白。自1991年從萊茵衣藻中發現後被許多實驗室所關注。
依據 ChR2 可以快速形成光電流，使細胞發生去極化反應的電生理特性，ChR2 已被廣泛應用於神經系統的研究。與傳統的神經系統研究方法如電生理技術、神經藥理學方法相比，用光脈衝控制帶有ChR2 的神經元的活動，具有更高的空間選擇性和特異性。
ChR2 作為光基因技術的核心組成部分，對神經科學是一個嶄新的應用前景廣泛的研究工具。近年來ChR2 不僅應用於視覺、軀體感覺、聽覺和嗅覺等多條感覺神經回路的形態和功能研究，還被應用於各種臨床神經系統疾病的研究。
Halorhodopsin (NpHR) 阿爾茨海默病 (Alzheimer’s disease, AD) 是一種常見的中樞神經系統退行性疾病，但是，AD 的發病機制還有待進一步的闡明。近年來，光遺傳技術因其在時間和空間上的高精確性而逐漸被應用於 AD 的研究中。Ⅰ型光敏蛋白中的視紫紅質通道蛋白 -2 (channelrhodopsin-2, ChR2) 和鹽鹼古菌嗜鹽細菌視紫紅質蛋白 (Natronomonas halorhodopsin, NpHR) 可以通過將光信號快速轉換成跨膜離子電流來調節神經元的活動，因此，已經被應用於光遺傳技術中。現對 ChR2 和 NpHR 在光遺傳技術中的應用進行介紹，並總結其在AD 研究中的應用進展
當 ChR2 被近藍光啟動後，其自身構象發生變化導致離子通道開放，一價、二價陽離子進入細
胞後使細胞發生去極化反應，改變細胞膜兩側電勢而產生感應電流。目前，ChR2 成為在光遺傳技術中使用最廣泛的使細胞活化的興奮性光敏蛋白。
Arch and Chrimson, etc.Other fluorescence imaging
Experiments requiring bright and highly stable light
Experiments requiring wide area illumination
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