SPC-180N 系列

规格

SPC-180N 系列 TCSPC / FLIM 模块专业产品介绍

产品概述

Becker & Hickl 推出的 SPC-180N 系列是用于荧光寿命成像显微镜（FLIM）的高性能模块，具备前所未有的时间分辨率和出色的定时稳定性。该系列包含 SPC-180N、SPC-180NX 和 SPC-180NXX 三种版本，适用于荧光寿命测量、单分子光谱分析、FCS 和 FCCS 记录、FLIM、Mosaic FLIM、FLITS 以及 FLIM / PLIM 组合应用。该模块也是各种扫描显微镜 FLIM 升级的基础。

所有 SPC-180N 系列模块均采用高速 PCI-Express（PCIe）接口，可轻松安装在几乎所有 PC 中，或配置为独立的定时装置。新接口可实现极高的数据传输速率，在快速 FLIM 应用中不易出现总线饱和和 FIFO 溢出的情况。SPC-180N 系列模块还配备了一个与 TCSPC 定时电子元件并行的快速计数器，使数据采集软件能够建立 FLIM 图像，其强度在最高计数率下仍保持线性。

版本选择与时间分辨率性能

SPC-180N 模块具有与 SPC-150N 系列相同的超快定时电子元件，三种版本的时间范围和时间分辨率各不相同。

在最小时间通道宽度方面，SPC-180N 为 813 fs，SPC-180NX 为 405 fs，SPC-180NXX 则达到 203 fs。在内部定时抖动（RMS）和 IRF 宽度（FWHM）方面，SPC-180N 为 2.5 ps / 6.6 ps，SPC-180NX 为 1.6 ps / 3.5 ps，SPC-180NXX 为 1.1 ps / 2.8 ps。NX 版本，尤其是 NXX 版本，专为超快探测器、SSPD 和超快混合探测器而设计。

光子通道与同步通道

光子通道采用恒分数鉴别器（CFD）原理，鉴频器输入带宽为 4 GHz。电子时间分辨率 FWHM/RMS 分别为：SPC-180N 为 6.6 ps / 2.5 ps，SPC-180NX 小于 3.5 ps / 1.6 ps，SPC-180NXX 小于 3 ps / 1.1 ps。IRF 最大时间差异（有效值）在 100 秒内小于 0.4 ps。最佳输入电压范围为 -30 mV 至 -500 mV，最小输入脉冲宽度为 200 ps。阈值可调范围为 0 至 -500 mV，零交叉调整范围为 -100 mV 至 100 mV。

同步通道同样采用恒分数鉴别器（CFD）原理，鉴频器输入带宽为 4 GHz。最佳输入电压范围为 -30 mV 至 -500 mV，最小输入脉冲宽度为 200 ps，频率范围为 0 至 150 MHz，支持 1、2、4 分频。阈值可调范围和零交叉调整范围与光子通道相同。

时幅转换器与 ADC

时幅转换器采用斜坡发生器/偏置放大器原理。TAC 范围方面，SPC-180N 为 50 ns 至 5 µs，SPC-180NX 为 25 ns 至 2.5 µs，SPC-180NXX 为 12.5 ns 至 125 ns。偏置放大器增益为 1 至 15，偏移为 TAC 范围的 0% 至 50%。时间范围（含偏置放大器）分别为：SPC-180N 为 3.3 ns 至 5 µs，SPC-180NX 为 1.67 ns 至 2.5 µs，SPC-180NXX 为 0.834 ns 至 125 ns。ADC 采用 50 ns 带纠错功能的闪存 ADC，差分非线性小于 0.5% 有效值，典型值小于 1% 峰峰值。

数据采集方式一：直方图模式

直方图模式采用板载多点直方图绘制过程，死区时间为 80 ns，与计算机速度无关。饱和计数率达 12 MHz，最大计数/时间通道为 16 位，溢出控制支持无、停止、重复和更正选项。采集时间范围为 0.1 µs 至 100,000 秒，重放间隔时间为 10 ms 至 100,000 秒，重复时间为 0.1 µs 至 100,000 秒。序列记录由可编程硬件序列器实现，通过内存交换、曲线模式和扫描模式进行无限制记录。扫描同步来自扫描设备的像素、线和帧信号。路由为 7 位 TTL，实验触发器为 TTL。

数据采集方式二：FIFO/参数标记模式

FIFO 参数标记模式对单个光子进行时间和波长标记并连续写入磁盘。在线显示内容包括衰减函数、FCS、交叉-FCS、PCH MCS 曲线。FCS 计算采用 Multi-tau 算法，实现在线计算和在线拟合。衰减次数/波形记录无限制，死区时间为 80 ns。峰值饱和计数率为 12 MHz，持续计数率（总线传输限制）典型值为 5 MHz。最大计数/时间通道（计数深度）无限制，输出数据格式（ADC/宏时间/路由）为 12/12/4。FIFO 缓冲器容量为 2 × 10⁶ 个光子。宏定时器分辨率在内部时钟下为 25 ns，12 位，溢出时在数据流中以 MOTF 条目标记；在同步时钟下为 10 ns 至 100 ns，12 位。外部路由为 4 位 TTL，外部事件标记为 4 位 TTL，支持输入计数使能控制和输入实验触发器。

数据采集方式三：FIFO/参数标记成像模式

FIFO 参数标记成像模式从时间和波长标记数据建立图像，在线显示在不同时间和波长窗口中最多可显示 8 幅图像。与扫描仪同步通过帧时钟、行时钟和像素时钟脉冲实现，探测器/波长通道数为 1 至 16。在 64 位 SPCM 软件下，时间通道数可设置为 64、256、1024 或 4096。单探测器通道的图像分辨率分别为：64 通道时达 4096 × 4096 像素，256 通道时为 2048 × 2048 像素，1024 通道时为 1024 × 1024 像素，4096 通道时为 512 × 512 像素。16 个探测器通道下，相应分辨率分别为 1024 × 1024、512 × 512、256 × 256 和 128 × 128 像素。

软件生态与数据分析

所有 SPC 系列模块均随附 SPCM 操作和测量软件，可在线计算和显示在多种操作模式下获取的数据，包括衰减曲线、FLIM、FCS、FCCS 等。SPCM 软件正在不断开发中，会经常更新以增加新功能并修复错误。对于高级荧光寿命成像（FLIM）和单曲线数据分析，可使用 SPCImage NG。如需对动态效应进行高级可视化和分析，可使用 SPCDynamics。对于高级荧光相关光谱（FCS）和交叉相关（FCCS）数据分析，可使用 Burst Analyzer。此外，还提供 DLL 和 LabVIEW 驱动程序，用于实现自动化和定制软件集成。

操作环境与物理规格

SPC-180N 系列模块的工作环境要求为 Windows 8/10 系统，建议 8 GB 以上内存和 64 位操作系统。电脑接口为 PCIe，功耗约为 12 W（+12 V）。模块物理尺寸为 230 mm × 130 mm × 18 mm。可支持多达 4 个模块的并行操作，并提供多模块软件包，例如 SPC-182NX、SPC-183NX 和 SPC-184NX。

技术原理

bh SPC 模块采用多维 TCSPC 原理，该原理是经典 TCSPC 过程的延伸。探测器检测周期性光信号的单光子，TCSPC 电子装置测量信号周期内的光子时间并建立信号周期内的光子分布。TCSPC 过程的时间分辨率远高于使用相同探测器进行模拟记录的分辨率，因为光子脉冲时间的测定精度远远高于其宽度。在传统工艺基础上，bh 技术还能确定光子的其他参数，如波长、图像区域内的原点、激发波长、样品受到外部刺激的时间、激发光额外调制周期内的时间。光子分布根据信号周期内的光子时间和其中一个或多个附加参数建立起来，最终生成多波长荧光衰变数据、荧光寿命图像、多波长寿命图像、多激发衰变数据或多激发 FLIM 数据、样品内快速动态变化的衰变数据或 FLIM 数据，或荧光/磷光衰变组合数据或 FLIM/PLIM 数据。