"隨著照明技術(shù)轉(zhuǎn)向 LED，用戶必須意識(shí)到燈和 LED 的峰值光具有功率差異，并確保優(yōu)化濾光片以實(shí)現(xiàn)最大效率地激發(fā)熒光團(tuán)。"

傳統(tǒng)上，生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)內(nèi)窺鏡檢查已轉(zhuǎn)向?qū)拵Ч庠?，如汞燈、金屬鹵化物燈和氙氣燈，以滿足其苛刻的照明要求。隨著發(fā)光二極管（LED）技術(shù)的不斷進(jìn)步，這些應(yīng)用正在充分利用LED技術(shù)來(lái)取代傳統(tǒng)的燈光光源。雖然標(biāo)準(zhǔn)LED光源足以覆蓋這些應(yīng)用所需的大部分光譜，但“綠色間隙”中的特定波長(zhǎng)需要巧妙的方法處理LED，以產(chǎn)生足夠的功率來(lái)有效地對(duì)樣品進(jìn)行成像。本文解釋了埃賽力達(dá)開(kāi)發(fā)的創(chuàng)新先進(jìn)的LED技術(shù)是如何克服540-590nm波長(zhǎng)間具有挑戰(zhàn)性的功率差距的。

圖1：現(xiàn)代醫(yī)學(xué)照明：Penn Medicine Lancaster General Health，復(fù)合手術(shù)室（圖片來(lái)源：https://www.bainc.com/wpcontent/uploads/2014/12/BC_LG_121023_0013_M.jpg）

應(yīng)用概述

顯微鏡術(shù)

傳統(tǒng)上，顯微鏡中的熒光激發(fā)由汞燈的光譜特性引導(dǎo)，即汞燈定義了熒光團(tuán)的化學(xué)性質(zhì)，以及大多數(shù)熒光成像中使用的激發(fā)和發(fā)射濾光片波段。汞燈具有離散峰，相對(duì)應(yīng)的最常見(jiàn)的熒光團(tuán)如DAPI，F(xiàn)ITC和TRITC已經(jīng)被開(kāi)發(fā)和使用了數(shù)十年。隨著照明技術(shù)轉(zhuǎn)向LED，用戶必須意識(shí)到燈和 LED 的峰值光具有功率差異，并確保優(yōu)化濾光片，以實(shí)現(xiàn)最大效率地激發(fā)熒光團(tuán)。

內(nèi)窺鏡檢查

內(nèi)窺鏡儀器使用氙氣燈來(lái)觀察人體組織。由于氙氣的光譜廣度和其在整個(gè)光譜的均勻激發(fā)，它一直是內(nèi)窺鏡檢查和手術(shù)可視化的“黃金標(biāo)準(zhǔn)”。由于LED的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，包括更長(zhǎng)的使用壽命、更低的功率要求和更小的尺寸，客戶現(xiàn)在有更換 LED的需求。

為了滿足這一需求，光源制造商必須確保用于內(nèi)窺鏡照明的LED能夠覆蓋光譜的RGB（紅色，綠色，藍(lán)色）波段，從而產(chǎn)生內(nèi)窺鏡成像環(huán)境中所需的“明亮白光”。該應(yīng)用也受到LED綠色間隙挑戰(zhàn)的影響，需要克服該挑戰(zhàn)才能以可接受的功率獲得頻譜的綠色部分。

圖2：光譜比較，用于內(nèi)窺鏡檢查的氙氣燈（藍(lán)色）、“白色 LED”（紫色線）和LaserLED Hybrid Drive?（紅色和綠色曲線）。

挑戰(zhàn)

綠色間隙 

制造商面臨的挑戰(zhàn)是設(shè)計(jì)一個(gè)覆蓋與傳統(tǒng)燈相同光譜的熒光LED照明系統(tǒng)，用于熒光激發(fā)或醫(yī)學(xué)可視化。

具有挑戰(zhàn)性的波段在540-590nm之間，稱(chēng)為“綠色間隙”。這一光譜區(qū)域中的LED從根本上受到半導(dǎo)體材料缺失的限制，無(wú)法有效地發(fā)射該波長(zhǎng)的光。一些制造商已經(jīng)找到了創(chuàng)新的解決方案來(lái)彌合差距，包括LED陣列，磷光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)和集成激光解決方案。

圖3：不使用 LaserLED Hybrid Drive?（藍(lán)線）與使用 LaserLED Hybrid Drive?（綠線）的“綠色間隙”中的功率比較。

圖 4：汞（藍(lán)色）與磷光 LED（綠色）和LaserLED Hybrid Drive?（紅色）的光譜比較。

解決方案

使用磷光材料的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換已在照明和投影行業(yè)中使用了幾十年。較短波長(zhǎng)的光（藍(lán)色、紫色、紫外線）被材料吸收，材料通過(guò)磷光轉(zhuǎn)換重新發(fā)射較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光。埃賽力達(dá)科技使用獲得專(zhuān)利的激光磷光轉(zhuǎn)換技術(shù)LaserLED Hybrid Drive?，在540-590nm區(qū)域產(chǎn)生高功率激發(fā)光。該系統(tǒng)使用高效藍(lán)色激光激發(fā)熒光層，產(chǎn)生 500-600 nm 的寬峰，然后可以根據(jù)感興趣的熒光團(tuán)的激發(fā)峰將其過(guò)濾到更具體的激發(fā)帶。

使用LaserLED Hybrid Drive?的LED系統(tǒng)在500-600nm區(qū)域的功率增加，與其他 LED 綠間隙解決方案相比，可獲得良好熒光信號(hào)，圖像所需的曝光時(shí)間顯著減少。這意味著研究實(shí)驗(yàn)室具有了更高的通量潛力和更高效的樣品處理能力。

為了成功利用這些新功能，由此產(chǎn)生的照明系統(tǒng)考慮了所有的熱、電和光學(xué)參數(shù)，以最大限度地提高光轉(zhuǎn)換和將光傳輸?shù)綐悠返哪芰?。該解決方案比其他磷光體轉(zhuǎn)換技術(shù)更高效，并在 2016 年獲得了Microscopy Today創(chuàng)新獎(jiǎng)。

使用LaserLED Hybrid Drive 技術(shù)的好處

在應(yīng)用中，結(jié)合LED、激光和磷光技術(shù)可以有效地彌補(bǔ)綠色差距。

在顯微鏡術(shù)和分析儀器應(yīng)用中，研究人員或臨床醫(yī)生可能需要激發(fā)樣品中的幾種熒光團(tuán)。這將包括DAPI，F(xiàn)ITC或GFP，以及紅色熒光團(tuán)，如mCherry，TRITC或Texas Red。傳統(tǒng)上，他們可使用汞燈有效地激發(fā)這些熒光團(tuán)，汞燈在550nm區(qū)域有一個(gè)很高的峰值，另一個(gè)高峰在580nm區(qū)域。當(dāng)顯微鏡光源技術(shù)最初在 2000 年代初轉(zhuǎn)向 LED 時(shí)，綠色間隙是一個(gè)沒(méi)有解決方案的挑戰(zhàn)。這導(dǎo)致用戶要么繼續(xù)使用汞燈，要么將LED用于激發(fā)其他熒光團(tuán)，并改用汞燈來(lái)填補(bǔ)綠色間隙。當(dāng)用戶仍然必須因?yàn)榫G色間隙打開(kāi)汞燈時(shí)，就阻礙了切換到LED的進(jìn)程。

使用LaserLED Hybrid Drive?，用戶擁有所需的全光譜，可用一個(gè)LED光源激發(fā)所有常見(jiàn)熒光蛋白和熒光團(tuán)。

在內(nèi)窺鏡檢查和手術(shù)可視化等醫(yī)療應(yīng)用中，外科醫(yī)生需要“白光”才能對(duì)內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像。氙氣燈的“白光”一直是后續(xù)技術(shù)的光源顏色參考。用具有固定白色（色溫）的“白光LED”代替氙氣燈，對(duì)于那些想要更長(zhǎng)壽命的燈的人來(lái)說(shuō)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

對(duì)于更高級(jí)的應(yīng)用，外科醫(yī)生希望能夠改變此色溫以適應(yīng)他們對(duì)白色的定義或針對(duì)他們的相機(jī)進(jìn)行調(diào)整。這可以通過(guò)使用單獨(dú)的RGB LED創(chuàng)建白色來(lái)實(shí)現(xiàn)。擁有單獨(dú)的LED允許外科醫(yī)生改變每種顏色的比例，以創(chuàng)建所需的白色。使用三個(gè)LED可以實(shí)現(xiàn)這種顏色混合，但由于綠色強(qiáng)度低，綠色間隙問(wèn)題限制了外科醫(yī)生的顏色混合。在這里，我們?cè)俅问褂肔aserLED Hybrid Drive?來(lái)增加綠色的功率，使外科醫(yī)生具有更大范圍的色彩韌性。

保持卓越的光均勻性，實(shí)現(xiàn)最大光輸出

LaserLED Hybrid Drive?可在所有波長(zhǎng)（包括具有挑戰(zhàn)性的綠色間隙）下實(shí)現(xiàn)卓越的照明均勻性和最大的光傳輸。這使得顯微鏡和內(nèi)窺鏡檢查的用戶能夠像使用傳統(tǒng)燈技術(shù)一樣使用LED照明可視化分子，而無(wú)需有任何顧慮。