研究用ファイバーフォトメトリーシステム FLiP

神経科学神経回路光ファイバー

概要
RWDの蛍光寿命フォトメトリーシステム（FLiP）は、Time-Correlated Single Photon Counting（TCSPC）技術と光ファイバーフォトメトリーを組み合わせ、自由行動マウスなどの脳内での蛍光寿命変化をリアルタイムにモニタリングします。神経伝達物質放出、タンパク質間相互作用、タンパク質コンフォメーション変化のin vivo研究に対して安定した定量的アプローチを提供します。

蛍光寿命とは？
蛍光寿命（τ）は、蛍光分子が励起状態にとどまって光子を放出するまでの平均時間です。蛍光強度とは異なり、寿命は蛍光分子の濃度や励起光強度に依存せず、構造変化や局所マイクロ環境を反映します。寿命測定は複数の寿命成分の分離や微小変化の高感度検出を可能にし、in vivo実験における安定した定量指標を提供します。

なぜ蛍光寿命か？

• 定量的でサンプル間比較が可能 — ベースライン正規化不要
• 長期安定記録に適する — 睡眠研究、慢性疾患モデル、縦断的研究に有効
• 寿命ベースのバイオセンサーにより脳内アナライトの動的変化を高感度で検出

代表的な2つの測定法
時間領域（Time-Domain）
パルス光で試料を励起し、蛍光減衰の時間プロファイルを直接記録します。TCSPCは励起パルスと放出光子の時間差を測定して減衰ヒストグラムを構築し、指数関数フィッティングを行います。時間領域は高い時間分解能、低光子フラックス下での優れたSNR、複数寿命成分の精密な分離が得られます。

周波数領域（Frequency-Domain）
連続光を正弦波変調して試料を励起し、発光と励起の位相遅れおよび変調深度から寿命を導出します。周波数領域のシステムは構成が簡単で高速取得が可能、パルスレーザーを必要としない実装ができるため高光子フラックスの測定に適しています。

比較（時間領域 vs 周波数領域）

• 寿命測定精度：時間領域 — 高；周波数領域 — 良
• 弱蛍光試料のSNR：時間領域 — 非常に良；周波数領域 — 相対的に限定的
• 複数成分の分解能：時間領域 — 高精度；周波数領域 — 多周波数変調やフェーザ解析が必要
• 取得速度：時間領域 — 比較的速い；周波数領域 — 高速
• 高光子フラックス試料：時間領域 — 良；周波数領域 — 非常に良
• レーザー要件：時間領域 — パルスレーザー；周波数領域 — 変調された連続光源

システムの特長

• 優れたシステム安定性：機器状態の変動を最小化し、信頼できる縦断比較を実現
• 超低ノイズ：弱信号条件でもデータの完全性を保持
• 長期記録の信頼性：コアコンポーネントの安定化により数週間にわたるベースラインドリフトを低減
• 幅広いバイオセンサー互換性：主要なバイオセンサーの寿命設計範囲をサポート
• 直接的な定量解析：標準曲線機能により濃度の直接読出しが可能（予定）

適用例

• 動物間および慢性スケールにわたる神経修飾物質の測定：FLiPはGRAB ACh3.0などのセンサーについて動物間および数週間にわたる寿命ベースの比較を可能にします
• 遺伝子変異モデルでの機序研究：Akap11変異マウスにおける異常なPKA活性ダイナミクスと薬理学的応答の解明に使用
• 新規センサーの検証：高速カルシウム寿命センサー（LifeCamp）の絶対ベースラインおよび過渡的カルシウム測定の検証

技術仕様

• 励起波長：488、515、560、640、670 nm（カスタマイズ可）
• パルス周波数：1–80 MHz
• 寿命測定範囲：1–10 ns
• サンプリングレート：1–50 Hz
• DIO数：8
• 電圧レベル：3.3–5 V
• 光ファイバーコア径：200 または 400 µm
• 開口数（NA）：0.37