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当今显微世界照明，汞弧灯的使用还占主流。但由于其中汞危害，更换与维护成本高，特定功率低等劣势。虹科伙伴Lumencor为了更加高性能和安全环保的显微照明，促使自身发展了现代固态照明技术。
汞弧灯与金属卤化灯
借此文，小编就带大家了解一下虹科固态光源，以及其在生命科学的应用与潜能：
固态照明优势在于输出稳定性、功率和有害物质如汞的消除，但鲜为人知的是，固态光源在多大程度上能够促进特定应用的定制和照明优化？接下来，本文将介绍三个例子，来展现虹科固态光源的卓越。
什么是固态光源？
虹科Lumencor光引擎是固态光源的集成阵列，是一种高性能的照明系统，由包括LED、光管和激光在内的固态技术混合组成。每个光源的波长、带通、光功率和工作模式都可以根据应用要求来选择。固体光源具有内在的稳定性和长寿命。Lumencor的模块化光引擎设计可以实现特定应用的配置，这是白炽灯光源无法做到的。具有不同光谱输出特性的不同类型的固态光源（LED、发光管或激光）的组合可以根据应用要求在光引擎框架内进行组装。
表1 ：最初的SOLA光引擎，为四个固态光源组成的阵列，同时输出产生白光
其中，Lumencor固态光源配备的新颖发光光管是一项专利技术，可在500-600nm（绿色/黄色）波长范围内提供高功率宽带输出，解决了LED在这个范围内的性能限制（所谓的 “绿色鸿沟”）。与激光波长一样，光源的输出功率可以根据应用要求进行设计。光源可以单独控制，或作为一个整体产生白光输出；光源的激活和输出衰减是由电子控制的。
固态光源之于生命科学
（1）光谱输出定制
荧光原位杂交（FISH）是细胞遗传学分析的基石。通常情况下，是用多个光谱不同的探针对标本进行检测，实现同时观察变体和对照核苷酸序列。
理想的FISH光源应该提供相对于探针激发特性更为优化的光谱输出，且强度要足够产生弱杂交信号的荧光。在FISH应用中，与其他多重荧光成像应用一样，标准做法是使用约30nm的激发带宽，均匀分布在可见光谱及其边缘谱段（约350至650nm），实现对五或六个核苷酸序列的离散检测。
白炽灯照明源，如金属卤化物灯和汞弧灯，有一个不变的可见光输出光谱，由三组强烈的峰值（365、405和436纳米）组成，与另一个强烈的双峰（546和578nm；见图2）之间有一个约100纳米的间隙。该间隙跨越了SpectrumGreen（Abbott Molecular公司提供）标记的FISH探针以及其它重要荧光标记如异硫氰酸荧光素（FITC）和绿色荧光蛋白（GFP）的最佳激发区
相比之下，固态光引擎的光谱输出可以根据FISH特定的激发要求进行配置。虽然光引擎和金属卤化物灯的总输出功率差不多，但光引擎的输出集中在可以被吸收并转化为可检测的荧光的波长区域，而不是在与应用无关并可能损害标本的区域（如<350nm）。因此，在表2所示的例子中，固态光源在五个光通道中的四个提供了比金属卤化物灯更强的激发效果。
在波长>600nm时，固态光源优势甚至更大，这被用于激发Cy5和SpectrumFRed（远红）标记的FISH探针（Abbott Molecular）。在对应区间里，金属卤化物灯和汞弧灯的功率表现很差。
表2 ：固态SOLA SE FISH光引擎和白炽灯120W金属卤化物灯的光谱输出，其中520-620nm的光引擎输出来自发光光管；颜色阴影代表FISH探针检测的典型荧光激发带。
当然，如果有完整组成的成像系统会使得项目应用更为简便化。虹科提供基于此工作原理的完整扫描成像系统，包括Teraschokky亚太赫兹源，提供75G/150G/300G/600G的输出，最高350mW的功率输出；热释电探测器，连接锁相放大器使用，探测太赫兹源的功率数值；光学组件，用于太赫兹波的准直与聚焦，以及专业的成像软件。
（2）快速切换波长
细胞内钙的比率成像长期以来一直是细胞生物学、神经科学和相关领域的一项重要技术。 激发比率成像补偿了指示染料浓度的变化，无论是在细胞内还是在细胞之间；否则可能被解释为钙水平的变化。钙离子（Ca2+）比率成像的首选指示染料通常是fura-2和最新研发的红移类似物fura-8（AAT Bioquest, Inc.）。
激发比率成像通常使用白光光源，结合手动切换滤光片来选择所需的激发波长（fura-2为340和380nm，fura-8为360和400nm）。一个固态光引擎可以从两个滤光后的LED光源中产生这些输出，这些光源可以通过电子进行切换选择，不需要机械干预。因为光源切换是在没有移动部件的情况下完成的，激发波长的交替（见表3）可以快1000多倍（机械切换=50μs，电子切换=10μs），而且比机械方法更不容易受到周期间变化的影响。反过来，这也允许更高速的数据采集，为记录细胞生理学的基本过程提供更高的时间分辨率。
表3：一个具有360和395nm光源的固态光引擎在零含量钙（10mm EGTA）或40μM游离钙的溶液中对fura-8钙指示剂进行成像。激发在360nm（奇数帧）和395nm（偶数帧）之间交替进行。数据采集率为每秒6个图像对（30ms曝光时间，间隔50ms）。
在许多其他可以从固态光源的电子切换中受益的应用中，也包括荧光和透射光显微镜的高速彩色成像。
太赫兹面阵成像技术虽然实现了实时成像，但是它目前仍存在单次成像面积有限的问题，受限于光源均匀后的功率，早期一般使用二氧化碳等气体激光器充作太赫兹源。但是气体激光器不仅体积庞大而且价格高昂，直到量子级联激光器（QCL）的发明为太赫兹面阵成像技术的研究带来了转机，其在2~5T范围具有mW级别的输出功率，且设备结构紧凑，成为面阵成像技术的首选光源。
虹科提供的TeraEyes-HV系统就基于上述成像原理，其构成为：2~5T范围的QCL太赫兹源，最高功率达7mW；成像模块，包括自动对准模块与光源均衡模块，实现光斑的均匀照明，最大照明面积10×10cm2；搭配太赫兹镜头的太赫兹相机，进行实时图像的采集，每分钟采集50帧图像。整个系统组件完整，调整样品与相机的位置即可反射/透射式实时成像，最优可实现250um的分辨率。
（3）多模输出优化
在活体成像中，相对于细胞培养物和组织切片而言，标本的复杂性增加，经常需要结合具有不同空间分辨率和组织穿透特性的成像方式。面对这种需求，一个很好的例子是机器人辅助的腹腔镜手术。
在这种手术中，外科医生通过使用白光照明的反射式内窥镜观察手术区域。其它成像方式的叠加为额外的手术指导提供了丰富的数据。例如，血管的近红外(near-infrared)荧光成像可以识别切除部位附近需要夹住的血管，也有助于区分肿瘤和周围组织（下图左滑）。
为这一应用定制的光引擎包括四个可见光波长的光源，结合起来产生白光和一个用于荧光激发的近红外激光。两种输出都通过同一个内窥镜被引导到手术区域。四个可见光源的相对功率输出是可调的，实现白光输出的色温和显色指数优化。
同样重要的是，与通常用于对显微镜标本进行成像的照明设备相比，光引擎能够产生对宏观物体所需照明的更高功率水平。此处的定制固态光引擎能够提供与300W氙灯相媲美的光功率输出。
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慎滑！(内窥镜实像可能引起不适）
（4）应用“尽有”
FISH、钙比率成像和活体成像是虹科固态光源一系列应用的代表，高性能非常容易实现。
传统的光输出涉及物理上不变的光谱分布，而固态照明则非常适用于加法组装。前者通常是通过选择性地阻断和衰减多余的输出而产生的，而现代的固态照明是根据应用要求，将组件源集成到自然高效的框架内。
出于方便的原因（如对输出强度、颜色和时间的精确电子控制），或避免环境污染物，许多人选择转向固态光引擎，但这种新一代的光源能够更好地满足特定生物分析应用的需要，这个重要性也不能忽视。在任何情况下，固态引擎的好处正在产生实际的变化，越来越多的系统设计者和终端用户可以证明这一点。
荧光实像欣赏
大西洋紫海胆晚期囊胚的Z区域荧光图像，其中荧光染料分布为微管结构（红），肌动蛋白微丝（绿），DNA（蓝），是利用60X, NA值1.4的油浸物镜，通过CELESTA光引擎照明，结合Nikon Ti2的CrEST X-Light转盘式共聚焦显微成像系统所得。。
在南极洲发现的一种在 TRITC 激发下自发荧光的 nostoc念珠藻。这种发菜是在南极洲干谷的微生物席中发现的。nostoc 是一种蓝藻属，其珠状细丝错综复杂地编织在凝胶状的小袋中。该图像突出显示了珠状细丝的结构及其在凝胶状袋中的支架。
5 重小鼠胚胎成纤维细胞表达 MS2 标记的β-肌动蛋白 mRNA。红色 Halo-JF549-NLS-MCP、绿色 Atto594 POLR2A mRNA FISH、蓝色 DAPI、青色 Cy5 β-肌动蛋白-MS2 mRNA FISH、品红色 Alexa Fluor 488-抗 DDX6 免疫荧光