FluorCam 폐쇄형 엽록소 형광 영상 시스템

PSI회사의 수석 과학자 Nedbal 교수와 회사 회장 Trtilek 박사 등은 처음으로 PAM 엽록소 형광 기술과 CCD 기술을 결합하여 1996년에 세계에서 FluorCam 엽록소 형광 영상 시스템(Heck 등, 1999;Nedbal 등, 2000;Govindjee and Nedbal, 2000）。FluorCam 엽록소 형광 영상 기술은 1990년대 엽록소 형광 기술의 중요한 돌파구가 되어 과학자들의 광합성 작용과 엽록소 형광에 대한 연구를 한꺼번에 2차원 세계와 현미경 세계로 진입시켰다.현재 PSI 회사는 세계에서 가장 권위 있고, 사용이 가장 넓으며, 종류가 가장 전면적이며, 논문을 가장 많이 발표하는 엽록소 형광 영상 전문 생산 업체가 되었다

위 왼쪽 사진은 1990년대 Nedbal 등이 디자인한 FluorCam 엽록소 형광 영상 기술 (Photosynthesis Research, 66: 3-12, 2000), 오른쪽 사진은 레몬 컬러 및 엽록소 형광 영상 (Photosynthetica, 38: 571-579, 2000)

FluorCam폐쇄식 엽록소 형광 영상 시스템은 고도의 집성, 고도의 혁신, 사용이 편리하고 광범위하게 응용되는 고급 엽록소 형광 기술 설비로, 고감도 CCD 렌즈, 4개의 고정된 LED 광원판 및 제어 시스템 등이 하나의 암적응 조작 상자 안에 집적되어 있으며, 식물 샘플은 암적응 조작 상자 내의 칸막이에 놓여 있고, 칸막이는 7급 높이를 조절할 수 있다;광원은 고안정성 전력 공급 단위에서 전원을 제공하며, 4개의 고에너지, 고안정성 LED 광원판이 모두 식물 샘플에 비추어 영상 면적이 13에 달한다×13 cm; 제어 시스템은 USB를 통해 컴퓨터와 연결되며 FluorCam 소프트웨어 프로그램을 통해 분석 데이터를 제어 및 수집합니다.식물 잎 및 열매 등 기타 식물 조직, 전체 식물 또는 배양된 여러 그루의 식물, 이끼 지의 등 저등 식물, 조류 등에 적용되며, 식물에는 조류 광합 생리 생태, 식물 역경 협박 생리와 감수성, 기공 기능, 식물 환경에는 토양 중금속 오염 응답과 생물 검측, 식물 저항 검측과 선별, 작물 육종, Phenotyping 등 연구에 널리 응용된다.

주요 특징:

· 시스템이 어두운 적응 조작함에 통합되어 있어 조작이 간편하고 이동이 편리하며 실험실 내에서도 실외에서도 어두운 적응 영상 측정 분석을 할 수 있다

·고감도 CCD 렌즈, 시간 해상도 초당 50장, 엽록소 형광 순변 빠르게 포착, 영상 면적 13x13cm

· 세계에서 유일하게 OJIP 고속 형광 동력학 영상 분석을 할 수 있는 첨단 엽록소 형광 기술 설비로 OJIP 고속 엽록소 형광 동적 곡선 및 Mo (OJIP 곡선 초기 기울기), OJIP 고정 면적, Sm (모든 광반응 중심을 닫는 데 필요한 에너지의 양), QY, PI (Performance Index) 등 26개 파라미터를 얻을 수 있다

· 세계에서 유일하게 QA 재산화 동력학 영상 분석을 할 수 있는 고급 엽록소 형광 기술 설비로, 단일 회전 포화 광섬유 (STF) 엽록소 형광 유도 동태를 운행할 수 있으며, 빛의 강도는100µs최대 120000 µmol(photons)/m².s

· 스냅샷 모드, Fv/Fm, Kautsky 유도 효과, 2개의 엽록소 형광 담금질 분석(NPQ) protocolas(맞춤형 공급 방안 2세트), LC 광 응답 곡선, PAR 흡수 및 NDVI 영상 분석, QA 재산화 동력학 분석, OJIP 고속 형광 동력학 및 형광 GFP 영상 분석 등 가장 기능적이고 편집 가능한 엽록소 형광 실험 프로그램(Protocols)을 갖추고 있다.

· 자동 반복 영상 측정 분석을 진행할 수 있으며, 실험 프로그램 (Protocols), 측정 횟수 및 간격을 미리 설정하여 시스템은 자동으로 영상 측정을 순환하여 실행하고, 자동으로 데이터를 시간 날짜에 따라 컴퓨터 (시간 스탬프 포함) 에 저장한다;두 개의 실험 프로그램(Protocols)을 사전 설정할 수도 있습니다.예를 들어 시스템이 낮에는 Fv/Fm, 밤에는 NPQ 분석을 자동으로 실행하도록 하는 등

·2색 광화학 광 자극 광원을 갖추고 있으며, 표준 배치는 빨간색과 흰색이며, 빨간색과 파란색 등 2파단 광화학 광을 선택할 수 있으며, 2색 광화학 광은 서로 다른 비율로 배합하여 사용할 수 있어 서로 다른 광질이 작물/식물에 대한 광합성 효과를 실험할 수 있다

· TetraCam 컬러 이미징 모듈을 선택할 수 있으며, 최대 이미징 면적은 20 × 25cm이며, 잎사귀 또는 식물 형태 이미징 분석 및 엽록소 형광 이미징 비교 분석에 사용됩니다.

기술 매개 변수:

· 측정 라이트는 변조 가능한 617nm의 적색광으로, 2개의 어레이 144개의 LEDs로 구성되어 있으며, 지속 시간은 10µs~100µs로 변조 가능합니다.

· 2 레드 라이트 + 2 화이트 라이트, 2 레드 라이트 + 2 블루라이트 또는 기타 파장 라이트 조합 옵션, Actinic1 라이트 강화300µmol(photons)/m².s，Actinic2 광 강도 2000 µmol (photons) /m².s;최대 광화학 광은 3000 µmol(photons)/m².s로 업그레이드할 수 있습니다.이색광화학광은 서로 다른 비율로 배합하여 사용할 수 있어, 서로 다른 광질이 작물/식물에 미치는 광합성 효과를 실험할 수 있다

· 포화 광선의 강도는 4000 µmol(photons)/m².s이며 6000 µmol(photons)/m².s로 업그레이드할 수 있습니다.QA재생화 분석 단일 회전 포화광 플래시 STF 최대 120000 µmol (photons)/m².s

· 광화학광 및 포화광 플래시는 고강도 고안정성 LED 광원판 2쌍으로 구성되며, 각 광원판은 8 × 9 LEDs 어레이로 구성되며, PAR 흡수 및 NDVI 영상 측정을 위한 상단 2색 광원 (740nm 적외선 광원 및 660nm 적색 광원) 도 갖추고 있다.고강도 고안정성 LED는 지속적이고 안정적이며 균일한 광원을 제공하며, 대량의 광강약 LEDs (예: 수백 개) 로 광원이 불안정하고 수명이 짧은 등의 문제를 초래하지 않는다 (각 LED의 부족함을 보완하기 위해 대량의 약광 LED를 사용하면 시스템 오류율이 높아지고 어떤 LED에 문제가 생기면 시스템이 불안정하거나 심지어 사용할 수 없게 된다)

· 측정 매개변수:Fo, Fo’, Fs, Fm, Fm’, Fp, FtDn, FtLn, Fv, Fv'/ Fm'，Fv/ Fm ,Fv',Ft,ΦPSII, NPQ_Dn, NPQ_Ln, Qp_Dn, Qp_Ln, qN, qP，QY, QY_Ln, Rfd, ETR등 50여 개의 엽록소 형광 파라미터와 PAR 흡수 및 NDVI 식물 스펙트럼 반사 지수, 각 파라미터는 2차원 형광 컬러 이미지를 표시할 수 있다

· 자동 측정 프로그램을 자유롭게 편집할 수 있는 완벽한 자동 측정 프로그램(protocol)

a) Fv/Fm: 측정 매개변수에는 Fo, Fm, Fv, QY 등이 포함됩니다.

b) Kautsky유도 효과: Fo, Fp, Fv, Ft_Lss, QY, Rfd와 같은 형광 매개변수

c) 형광 담금질 분석: Fo, Fm, Fp, Fs, Fv, QY, Φ_II，NPQ, Qp, Rfd, qL 등 50개 이상의 매개 변수

d) 광 응답 곡선 LC: Fo, Fm, QY, QY_Ln, ETR 등의 형광 매개변수

e) PARNDVI 흡수(옵션)

f) QA재생화 동력학 (옵션)

g) GFP등정적 형광 이미징 측정 (옵션)

h) OJIP빠른 형광 역학 분석 (옵션): Mo (OJIP 곡선 초기 기울기), OJIP 고정 면적, Sm (모든 광반응 중심을 닫는 데 필요한 에너지의 양), QY, PI 등 26개 매개변수

• 고감도TOMI-1CCD센서:

a) 이미지 해상도: 720x560픽셀

b) 시간 해상도: 초당 50프레임

c) A/D변환 해상도: 12비트(4096 그레이스케일)

d) 픽셀 크기: 8.6µm × 8.3µm

e) 통신 모드: 기가비트 이더넷

§ 고해상도 TOMI-2 CCD 센서(옵션)

a) CCD 행 스캔

b) 최대 이미지 해상도: 1360x1024픽셀

c) 시간 해상도: 초당 최대 20프레임의 이미지 해상도

d) A/D변환 해상도: 16비트(65536 그레이스케일)

e) 픽셀 크기: 6.45 µm × 6.45 µm

f) 실행 모드: 1) 엽록소 형광 파라미터 측정에 사용되는 동적 비디오 모드;2) GFP와 같은 형광 단백질 및 형광 염료 측정을 위한 스냅샷 모드

g) 통신 모드: 기가비트 이더넷

· 이미지 영역: 13×13cm, 식물 잎, 식물 조직, 조류, 이끼, 지의, 전체 식물 또는 여러 그루의 식물, 96공판, 384공판 등을 영상 분석할 수 있다

· 7비트 필터 및 엽록소 형광 필터, PAR 흡수 및 NDVI 이미징 측정 필터, 필요에 따라 추가 필터 (옵션)

· QA재산화 역학 영상 분석 (옵션): STF 형광 역학 분석 측정이 가능하며 단일 회전 광섬유 (STF) 광선의 강도는 120000 µmol (photons) /m².s in 100 µs

· OJIP고속 형광 역학 모듈 (옵션): 시간 해상도가 1 µs에 달하며 OJIP 곡선과 20 가지 관련 매개 변수를 측정 분석 할 수 있습니다: Fo, Fj, Fi, P 또는 Fm, Vj, Vi, Mo, Area, Fix Area, Sm, Ss, N (QA 복원 회전 수량), Phi, P 또는 Fm, Phi, Vi, Phi, Pho, Phi _ _ _ Phsio, RC, 양자 _ 포획량 단위, Do/RC (RC) ETo/RC(단위반응센터 초기 전자전달 광양자 통량), DIo/RC(단위반응센터 에너지 분실), ABS/CS(단위시료 단면의 흡수광양자 통량), TRo/CSo, RC/CSx(반응센터 밀도),PI_ABS(광양자 통량을 흡수하는'성능'지수 또는 생존지수), PICs(단면 기반'성능'지수 또는 생존지수)

FluorCam엽록소 형광 영상 분석 소프트웨어 기능: 구 Live(실황 테스트), Protocols(실험 프로그램 선택 사용자 정의), Pre-processing(이미지 사전 처리), Result(이미지 분석 결과) 등 기능 메뉴

· 고객 맞춤형 실험 프로그램 프로토콜(protocols): 측정 시간 (예: 측정 광학 시간, 광학 광학 시간, 측정 시간 등), 광학 강도 (예: 서로 다른 광화학 광학 강도, 포화 광학 강도, 변조 측정 광학 등), 전용 실험 프로그램 언어와 스크립트를 설정할 수 있으며, Protocol 메뉴의 마법사 프로그램 템플릿을 사용하여 새로운 실험 프로그램을 자유롭게 만들 수 있습니다.

· 자동 측정 분석 기능: 실험 프로그램 (Protocol) 을 설정하여 자동 무인 순환 영상 측정, 중복 횟수 및 간격 고객 사용자 정의, 영상 측정 데이터는 자동으로 시간 날짜에 따라 컴퓨터 (시간 스탬프 포함) 에 저장할 수 있다

· 스냅샷(snapshot) 모드: 스냅샷 이미징 모드를 통해 빛의 강도, 셔터 시간 및 감도를 자유롭게 조절하여 선명하고 두드러진 식물 샘플 안정 형광 및 순간 형광 사진을 얻을 수 있습니다.

· 이미징 사전 처리: 프로그램 소프트웨어는 여러 식물 샘플 또는 여러 영역을 자동으로 식별하거나 수동으로 영역 선택(Region of interest, ROI)을 할 수 있습니다.수동 선택 영역의 형태는 사각형, 원형, 다각형 또는 부채형일 수 있습니다.소프트웨어는 각 샘플 및 선택한 영역의 형광 역학 곡선 및 해당 매개변수를 자동으로 측정 분석하여 샘플 또는 영역 수에 제한이 없음 (>1000)

· 데이터 분석 모드:'신호 계산 재평균'모드 (산수 평균) 와'신호 평균 재계산'모드를 갖추고 있으며, 높은 신호 소음 비율의 경우'신호 계산 재평균'모드를 선택하고, 낮은 신호 소음 비율의 경우'신호 평균 재계산'모드를 선택하여 소음으로 인한 오차를 걸러낸다

· 출력 결과: 높은 시간 해상도 형광 다이내믹 맵, 형광 다이내믹 변화 비디오, 형광 파라미터 Excel 파일, 히스토그램, 서로 다른 파라미터 이미지 맵, 서로 다른 ROI의 형광 파라미터 목록 등

· 다크 적응 조작함, 내장 광원, CCD 렌즈, 녹색 파륜 및 필터, 제어 단위, 열 방출 장치 등으로 다크 적응 조작이 편리하며 샘플 플랫폼 36x30cm, 높이 7급 조정 가능, 샘플 (전체 식물) 최대 높이 12cm

· 옵티컬 방식: 정적 또는 동적 (정현식)

· 스펙트럼 응답:540 nm최대 양자 효율(70%), 400nm 및 650nm에서 50% 감소

· 소음 읽기:12eRMS 미만, 일반 10e

· 전체 함정 용량:70000e 이상(unbinned)

· Bios：펌웨어 업그레이드 가능

· 통신 방식:기가비트 이더넷

· 크기:471 mm(W)×473 mm (D)×512 mm (H)

· 무게:Appr. 40 kg

· 전원 입력:Appr. 1100 W

· 전원 공급 전압:90–240 V

구성 요소:

1. 다크 적응 조작 상자, 내장 LEDs 광원, 녹색 바퀴 및 필터, CCD 렌즈, 제어 유닛, 높이 조정 가능한 샘플 칸막이, 방열 장치 등 호스트 시스템

2. 고안정성 전원 컨버터

3. FluorCam시스템 제어 및 데이터 분석 소프트웨어

4. 노트북

생산지:체코 PSI

첨부:기타 FluorCam 엽록소 형광 영상 시스템

1. FluorCam휴대용 광합성용 엽록소 형광 영상 시스템: LCProSD 광합성기, Licor6400 광합성기 등과 연동 가능

2. FluorCam휴대용 엽록소 형광 영상 시스템: 영상 면적 3.5x3.5cm, 어두운 적응 잎 클립 및 다기능 가벼운 삼각대, 실험실 또는 야외 측정 및 모니터링에 사용 가능

3. FluorCam휴대용 Chl/GFP 형광 영상 시스템: 휴대용 형광 영상 시스템의 확장판으로 엽록소 형광 영상 분석과 GFP 녹색 형광 단백질 영상 분석을 동시에 할 수 있다

4. FluorCam폐쇄식 엽록소 형광 영상 시스템: LED 광원, CCD 형광 모니터링 렌즈, 제어 장치 등이 어두운 적응 조작함에 집적되어 하나의 완전한 호스트 시스템을 형성한다. 세계에서 유일하게 QA 재산화 동력학과 OJIP 측정 분석을 할 수 있는 엽록소 형광 영상 시스템이다. 영상 면적은 13x13cm이다

5. FluorCam폐쇄형 Chl/GFP 형광 영상 시스템: 폐쇄형 엽록소 형광 영상 시스템의 확장판으로 엽록소 형광 영상 분석과 GFP 녹색 형광 단백질 영상 분석을 동시에 진행할 수 있다

6. FluorCam개방형 엽록소 형광 영상 시스템: 모듈식, 고도의 확장성을 갖추고 서로 다른 자극 광원 및 상응하는 필터를 자유롭게 선택하여 엽록소 형광 동태 및 안정된 형광 등을 영상 분석할 수 있으며 렌즈의 높이를 조절할 수 있으며 영상 면적은 13x13cm이다

7. FluorCam개방형 대형판 엽록소 형광 영상 시스템: 영상 면적은 20x20cm에 달한다

8. FKM다중 스펙트럼 형광 동적 현미경 영상 및 스펙트럼 분석 시스템: 다중 자극 발광, 다중 스펙트럼 형광 영상 및 스펙트럼 분석, 엽록소 형광 동태, QA 재산화, OJIP 고속 형광 동력학에 대한 현미경 영상 분석과 스펙트럼 분석, GFP 형광, 세포 형광 염색 등에 대한 현미경 영상 분석

9. Fluorcam이동식 대형 엽록소 형광 영상 시스템: 대형 엽록소 형광 영상 플랫폼은 바퀴가 달린 받침대에 설치하여 이동이 편리하고 영상 플랫폼은 위아래로 이동할 수 있으며 영상 면적은 35x35cm에 달한다.

10. FluorCam스플라인 스캔식 엽록소 형광 영상 시스템: 대형 영상 플랫폼은 100~500cm의 브래킷에서 스플라인을 스캔하여 영상화할 수 있다. 표준 스캔 구역의 길이는 400cm이다. 영상 플랫폼은 스플라인을 따라 정밀하게 위치를 정하고 자동으로 스캔할 수 있다. RGB 진채 스캔 영상을 선택할 수 있어 엽록소 형광 영상과 진채 영상 분석을 실현할 수 있다

11. FluorCam다중 스펙트럼 형광 영상 시스템: 다격발광, 다중 스펙트럼 형광 영상 시스템에 속하며, 엽록소 형광뿐만 아니라 UV 자외선 자극 F440 (청색 형광), F520 (녹색 형광), F690 (적색 형광) 및 F740 (적외선 형광) 에 대한 영상 분석을 진행하여 식물의 협박과 저항성을 전방위적으로 연구 검측할 수 있으며, 표준 배치, 확장 배치 및 대형 배치 3가지 모델이 있다

12. PlantScreen엽록소 형광과 RGB 진채 자동 스캔 영상 시스템: PlantScreen 시리즈 고통량 식물 표형 영상 분석 시스템의 기초 버전으로 엽록소 형광과 식물 RGB 진채를 영상 분석하여 식물의 기능 표형과 형태 표형을 분석할 수 있으며, 자동 스캔 범위는 60x129cm이며, 위치를 정하고 4차원(XYZ 3차원 위치 정보와 시간 정보) 측정 데이터를 얻을 수 있다.