介绍

我们描述如何使用ID230探测器和ID900时间控制器来观察和定量单线态氧荧光。

由于单线态氧在1270nm处的发光，其剂量学测定是一项具有挑战性的任务，因为该过程的效率低，发光水平极低。传统上已将光电倍增管用于此目的，但是这些设备效率低，噪声高，对环境光敏感并且没有光纤耦合，因此无法在某些情况下使用。最近，超导纳米线探测器已经取得了足够低的噪声，可以直接探测单线态氧的发光，但是其缺点是需要进行先进的低温冷却并且具有一个约100µm²（单模光纤）小的有效面积。另一方面，ID230具有相同的低噪声，效率高达30％，不需要低温冷却，并且工作在多模光纤，有效面积为10'000µm²，因此观察到的信号强100倍。

单线态氧

    单线态氧是一种高活性的氧，在以下几个领域起着重要作用：物理，化学，生物学，大气科学和医学，特别是在光动力疗法中。单线态氧的直接探测是通过其磷光进行的，尽管这种发射极弱，但仍是首选的探测方法，因为它提供了无伪影数据和即时结果。

图1：分子轨道方案或氧分子O ₂的三种电子构型。 从左至右显示：单线态氧a¹Δg激发态，单线态氧b¹Σg+激发态和三线态基态X³Σg-。 为简单起见，省略了1s分子轨道。 请注意，这些状态仅在自旋和氧的两种简并抗键的占有率上有所不同于πg-轨道。

ID230探测器

直到最近，单模（9µm）光纤探测器的NIR SPAD的噪声水平已经达到每秒几千个计数（cps），而使用大芯光纤的设备噪声水平更高。ID230是探测器技术的突破，ULN版本的噪声小于20 Hz，光纤直径可达100μm。光纤探测器之所以实用，有几个原因：它们具有明确定义的接收角度和位置，可以消除噪声，并在实验布局中提供优越的灵活性，从而可以自由移动光纤进行体内实验。光纤也可以通过放置在样品内部来有效地收集光。

    单线态氧荧光通常是在强激光脉冲激发后探测到的，这可能会使探测器“盲”几微秒。为了防止激发脉冲出现“盲区”，可以修改ID230来接受门信号，以确保探测器在激发脉冲期间处于关闭状态，并在不久之后（几百ns）打开。 这个修改可以根据客户要求定做。

ID230探测器采用单模或多模光纤作为输入，并带有FC / PC连接头。 它通过SMA连接头输出电信号（LVTTL）。 可以根据特殊要求添加可选的门输入，从而允许在激光激发期间关闭探测器。

ID220 和 ID210 探测器

对于不需要ID230极低噪声的实验，还可以使用其他两个IDQ探测器：ID220与ID230类似，但噪声水平为1000 cps，适用于OEM应用，ID210也具有较高的噪声水平，但可以快速门控（门上升时间<1ns）。该门可用于在激光激发过程中以及不久之后关闭探测器，以消除探测到的光子中最初的“尖峰”，该“尖峰”可能是由快速衰减的荧光引起的。

IDQ探测器与光电倍增管

    通常在单线态氧测量中使用光电倍增管。 它们具有较大的有效面积和2％左右的低量子效率，并且具有较高的噪声（暗计数）率。 IDQ探测器具有65µm的光纤输入，更高的效率和更低的噪声。下表总结了探测器类型之间的差异。

光纤耦合探测器的优点

实验噪声不仅由探测器噪声决定：要实现高灵敏度实验，探测器必须与环境噪声隔离。具有较大有效面积的探测器，例如光电倍增管将对环境光，光学元件和系统零件中不需要的荧光很敏感。

另一方面，光纤耦合探测器具有较小的有效面积（光纤纤芯）和确定的数值孔径。 然后可以使用透镜将要检查的系统仅一部分成像（聚焦）到光纤上，从而排除大部分环境噪声和寄生荧光。 加上极低的暗计数率和高探测效率，使得实验比以前的灵敏度高出几个数量级。

耦合成多模光纤

通过将“目标”（即激发激光照射的体积）成像到光纤上，完成单线态氧荧光与光纤的耦合。 如图1所示，这可以通过两个透镜来完成。第一个透镜对光束进行准直，以便几个光学元件（例如滤光片）可以沿光束路径放置。第二透镜将光束聚焦到光纤芯上。 如果目标（照亮体积）小于或大于光纤芯（62.5 µm），则可以通过选择不同焦距的准直和聚焦透镜来放大或缩小。 例如，如果目标的直径为30μm，则应选择一个准直透镜，其焦距为聚焦透镜的1/2，例如，一个f = 40mm的准直透镜和一个f = 80mm的聚焦透镜。选择透镜的直径是为了充分利用光纤的NA（NAF=0.275）。透镜半径R应为R>f x NA，即R>80mm x 0.275=22mm。如果可以将更小的透镜靠近目标，则可以使用焦距更短的小透镜。

   为了对准实验，可以将激光连接到光纤而不是探测器上，以便可以沿光纤反向传播并聚焦到样品上。 这将保证比较容易对准。

                                                                图1:将一个目标成像到光纤芯上。准直和聚焦透镜可以选择不同的焦距

实验

    典型的实验程序（由日内瓦大学的Gianluca Boso提供）如图2所示。脉冲绿色激光照射样品，产生单线态氧。 通过二向色镜收集该样品的荧光，并进行过滤以滤除不需要的光。荧光光子聚焦到光纤芯上，并使用ID230探测器进行探测。

                                                                               图2 典型的实验程序

    使用ID900时间控制器测量激光脉冲照明和光子探测之间的延迟，并将其传输到计算机以生成直方图，如图3所示。本实验的详细内容见(Boso, et al.， 2015)。

                                                                                        图3：单线态氧的荧光上升和下降

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