用于材料科學(xué)的PicoQuant, 使用穩(wěn)態(tài)和時(shí)間分辨技術(shù)研究光致發(fā)光

研究材料的原子或分子結(jié)構(gòu)與其宏觀性質(zhì)之間的關(guān)系是材料科學(xué)跨學(xué)科領(lǐng)域的核心工作,這有助于研究或改善材料特性以提高性能。

熒光壽命(或者廣泛意義上的光致發(fā)光壽命)是發(fā)光物質(zhì)的固有特性，可以洞察物質(zhì)激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)。時(shí)間分辨光致發(fā)光(TRPL)是研究導(dǎo)致光子發(fā)射的快速電子失活過(guò)程的工具，這種過(guò)程稱為熒光。處于低發(fā)激發(fā)單線態(tài)分子的壽命通常從幾皮秒到納秒不等。這種熒光壽命可能受到分子環(huán)境(例如溶劑、猝滅劑(O2)的存在或溫度)以及與其他分子相互作用的影響。像熒光共振能量轉(zhuǎn)移、淬滅、溶劑化動(dòng)力學(xué)或分子旋轉(zhuǎn)等過(guò)程也對(duì)衰減動(dòng)力學(xué)有影響。因此，壽命的變化可以提供關(guān)于局部化學(xué)環(huán)境的信息或者對(duì)反應(yīng)機(jī)理的洞察。

有些物質(zhì)如金屬-有機(jī)配合物、無(wú)機(jī)晶體結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體和新型雜化材料的發(fā)射壽命從納秒到微秒甚至幾毫秒不等。在這種情況下，這些發(fā)光物質(zhì)從低下激發(fā)的三重態(tài)弛豫下來(lái)發(fā)出一個(gè)光子，這個(gè)過(guò)程被稱為磷光。

時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)(TCSPC)是一種常用的 TRPL 測(cè)量方法。TCSPC 的工作原理是測(cè)量樣品被激光脈沖激發(fā)，到探測(cè)器上檢測(cè)到樣品發(fā)出熒光光子信號(hào)之間的時(shí)間差。那么TCSPC工作就需要定義一個(gè)“開(kāi)始"信號(hào)和一個(gè)“停止"信號(hào)，“開(kāi)始"信號(hào)由脈沖激光的同步觸發(fā)輸出或者快速光電二極管脈沖輸出信號(hào)提供， “停止"信號(hào)是通過(guò)單光子探測(cè)器檢測(cè)到光子信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)闊晒獍l(fā)射的統(tǒng)計(jì)學(xué)性質(zhì)，對(duì)這一時(shí)間差進(jìn)行重復(fù)多次測(cè)量，然后根據(jù)到達(dá)時(shí)間將檢測(cè)到的事件時(shí)間排序成一個(gè)直方圖，這樣就可以重建光致發(fā)光衰減曲線。

為此，PicoQuant提供了強(qiáng)大的工具：

①如穩(wěn)態(tài)和時(shí)間分辨光譜儀FluoTime250和FluoTime300，其中FluoTime300的新型FluoMic附加組件提供了一種對(duì)遠(yuǎn)程樣品進(jìn)行熒光光譜快速、簡(jiǎn)便檢測(cè)的方法。

②或聯(lián)用時(shí)間分辨熒光共聚焦顯微鏡MicroTime100(TRPL Mapping)，用于研究材料的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)過(guò)程，以及空間特性。

材料學(xué)：

• TRPL，時(shí)間分辨的光致發(fā)光光譜

• TRPL Imaging, 時(shí)間分辨的光致發(fā)光光譜及成像

• 熒光上轉(zhuǎn)換研究

• 薄膜太陽(yáng)能電池的載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度

生物學(xué)，生物物理，生物化學(xué)領(lǐng)域：

• FLIM，熒光壽命成像共聚焦顯微

• FRET，福斯特共振能量轉(zhuǎn)移

• FCS，熒光相關(guān)光譜

• STED，超分辨顯微成像

FluoMic是德國(guó)PicoQuant公司專為其全自動(dòng)熒光壽命光譜儀FluoTime300提升微區(qū)測(cè)量功能而推出的升級(jí)組件，該FluoMic微區(qū)測(cè)量升級(jí)套件能將全自動(dòng)熒光壽命光譜儀FluoTime300和熒光顯微鏡結(jié)合起來(lái)，在實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)熒光光譜儀測(cè)量的情況下，擴(kuò)展微區(qū)測(cè)量的功能。

FluoMic微區(qū)測(cè)量升級(jí)套件的預(yù)對(duì)準(zhǔn)光纖將全自動(dòng)熒光壽命光譜儀FluoTime 300的皮秒脈沖光源或穩(wěn)態(tài)光源引入顯微鏡，并照射于待測(cè)樣品上，樣品（空間分辨率低于2μm）發(fā)射光信號(hào)通過(guò)光纖收集并傳導(dǎo)到全自動(dòng)熒光壽命光譜儀FluoTime300的檢測(cè)端。從而實(shí)現(xiàn)樣品位于光譜儀之外的熒光壽命和光譜的顯微微區(qū)測(cè)量。

通過(guò)FluoMic微區(qū)測(cè)量升級(jí)套件，一方面能夠突破原有樣品倉(cāng)的局限，可將全自動(dòng)熒光壽命光譜儀FluoTime300的功能引入遠(yuǎn)程樣品中；另一方面，因?yàn)榕c顯微鏡結(jié)合，可以定位收集很小區(qū)域（低至2μm）的信號(hào)光，進(jìn)行微區(qū)的穩(wěn)態(tài)、時(shí)間分辨熒光光譜檢測(cè)，突破原本全自動(dòng)熒光壽命光譜儀FluoTime300的空間分辨局限。

我們的解決方案，可以將穩(wěn)態(tài)和時(shí)間分辨光譜儀與顯微鏡的掃描功能結(jié)合起來(lái)。這種解決方案為很多研究提供了可能性，例如對(duì)多種材料發(fā)光過(guò)程空間依賴性的研究等。