Abstract

We report the development of a high-speed wide-field fluorescence-lifetime imaging (FLIM) system that provides fluorescence-lifetime images at rates of as many as 29 frames/s. A FLIM multiwell plate reader and a potentially portable FLIM endoscopic system operating at 355-nm excitation have been demonstrated.

© 2004 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. R. A. Drezek, R. Richards-Kortum, M. A. Brewer, M. S. Feld, C. Pitris, A. Ferenczy, M. L. Faupel, and M. Follen, Cancer 98, 2015 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. J. R. Lakowicz, Principles of Fluorescence Spectroscopy, 2nd ed. (Plenum, New York, 1999).
    [CrossRef]
  3. K. Dowling, M. J. Dayel, M. J. Lever, P. M. W. French, J. D. Hares, and A. K. L. Dymoke-Bradshaw, Opt. Lett. 23, 810 (1998).
    [CrossRef]
  4. T. W. J. Gadella, T. M. Jovin, and R. M. Clegg, Biophys. Chem. 48, 221 (1993).
    [CrossRef]
  5. R. Cubeddu, D. Comelli, C. D’Andrea, P. Taroni, and G. Valentini, J. Phys. D 35, R61 (2002).
    [CrossRef]
  6. P. J. Tadrous, J. Siegel, P. M. W. French, S. Shousha, E.-N. Lalani, and G. W. H. Stamp, J. Pathol. 199, 309 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. Q. Fang, T. Papaioannou, J. A. Jo, R. Vaitha, K. Shastry, and L. Marcu, Rev. Sci. Instrum. 75, 151 (2004).
    [CrossRef]
  8. J. D. Pitts and M.-A. Mycek, Rev. Sci. Instrum. 72, 3061 (2001).
    [CrossRef]
  9. T. Glanzmann, J.-P. Ballini, H. van den Bergh, and G. Wagnières, Rev. Sci. Instrum. 70, 4067 (1999).
    [CrossRef]
  10. J. Mizeret, T. Stepinac, M. Hansroul, A. Studzinski, H. van den Bergh, and G. Wagnières, Rev. Sci. Instrum. 70, 4689 (1999).
    [CrossRef]
  11. J. Siegel, D. S. Elson, S. E. D. Webb, K. C. Benny Lee, A. Vlandas, G. L. Gambaruto, S. Lévêque-Fort, M. J. Lever, P. J. Tadrous, G. W. H. Stamp, A. L. Wallace, A. Sandison, T. F. Watson, P. M. W. French, and F. Alvarez, Appl. Opt. 42, 2995 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  12. O. Holub, M. J. Seufferheld, C. Gohlke, Govindjee, and R. M. Clegg, Photosynthetica 38, 581 (2000).
    [CrossRef]
  13. A. V. Agronskaia, L. Tertoolen, and H. C. Gerritsen, J. Phys. D 36, 1655 (2003).
    [CrossRef]
  14. R. M. Ballew and J. N. Demas, Anal. Chem. 61, 30 (1989).
    [CrossRef]
  15. X. F. Wang, T. Uchida, D. M. Coleman, and S. Minami, Appl. Spectrosc. 45, 360 (1991).
    [CrossRef]
  16. K. C. Benny Lee, J. Siegel, S. E. D. Webb, S. Lévêque-Fort, M. J. Cole, R. Jones, K. Dowling, M. J. Lever, and P. M. W. French, Biophys. J. 81, 1265 (2001).
    [CrossRef]

2004 (1)

Q. Fang, T. Papaioannou, J. A. Jo, R. Vaitha, K. Shastry, and L. Marcu, Rev. Sci. Instrum. 75, 151 (2004).
[CrossRef]

2003 (4)

P. J. Tadrous, J. Siegel, P. M. W. French, S. Shousha, E.-N. Lalani, and G. W. H. Stamp, J. Pathol. 199, 309 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

A. V. Agronskaia, L. Tertoolen, and H. C. Gerritsen, J. Phys. D 36, 1655 (2003).
[CrossRef]

R. A. Drezek, R. Richards-Kortum, M. A. Brewer, M. S. Feld, C. Pitris, A. Ferenczy, M. L. Faupel, and M. Follen, Cancer 98, 2015 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

J. Siegel, D. S. Elson, S. E. D. Webb, K. C. Benny Lee, A. Vlandas, G. L. Gambaruto, S. Lévêque-Fort, M. J. Lever, P. J. Tadrous, G. W. H. Stamp, A. L. Wallace, A. Sandison, T. F. Watson, P. M. W. French, and F. Alvarez, Appl. Opt. 42, 2995 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

2002 (1)

R. Cubeddu, D. Comelli, C. D’Andrea, P. Taroni, and G. Valentini, J. Phys. D 35, R61 (2002).
[CrossRef]

2001 (2)

J. D. Pitts and M.-A. Mycek, Rev. Sci. Instrum. 72, 3061 (2001).
[CrossRef]

K. C. Benny Lee, J. Siegel, S. E. D. Webb, S. Lévêque-Fort, M. J. Cole, R. Jones, K. Dowling, M. J. Lever, and P. M. W. French, Biophys. J. 81, 1265 (2001).
[CrossRef]

2000 (1)

O. Holub, M. J. Seufferheld, C. Gohlke, Govindjee, and R. M. Clegg, Photosynthetica 38, 581 (2000).
[CrossRef]

1999 (2)

T. Glanzmann, J.-P. Ballini, H. van den Bergh, and G. Wagnières, Rev. Sci. Instrum. 70, 4067 (1999).
[CrossRef]

J. Mizeret, T. Stepinac, M. Hansroul, A. Studzinski, H. van den Bergh, and G. Wagnières, Rev. Sci. Instrum. 70, 4689 (1999).
[CrossRef]

1998 (1)

1993 (1)

T. W. J. Gadella, T. M. Jovin, and R. M. Clegg, Biophys. Chem. 48, 221 (1993).
[CrossRef]

1991 (1)

1989 (1)

R. M. Ballew and J. N. Demas, Anal. Chem. 61, 30 (1989).
[CrossRef]

Agronskaia, A. V.

A. V. Agronskaia, L. Tertoolen, and H. C. Gerritsen, J. Phys. D 36, 1655 (2003).
[CrossRef]

Alvarez, F.

Ballew, R. M.

R. M. Ballew and J. N. Demas, Anal. Chem. 61, 30 (1989).
[CrossRef]

Ballini, J.-P.

T. Glanzmann, J.-P. Ballini, H. van den Bergh, and G. Wagnières, Rev. Sci. Instrum. 70, 4067 (1999).
[CrossRef]

Benny Lee, K. C.

Brewer, M. A.

R. A. Drezek, R. Richards-Kortum, M. A. Brewer, M. S. Feld, C. Pitris, A. Ferenczy, M. L. Faupel, and M. Follen, Cancer 98, 2015 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Clegg, R. M.

O. Holub, M. J. Seufferheld, C. Gohlke, Govindjee, and R. M. Clegg, Photosynthetica 38, 581 (2000).
[CrossRef]

T. W. J. Gadella, T. M. Jovin, and R. M. Clegg, Biophys. Chem. 48, 221 (1993).
[CrossRef]

Cole, M. J.

K. C. Benny Lee, J. Siegel, S. E. D. Webb, S. Lévêque-Fort, M. J. Cole, R. Jones, K. Dowling, M. J. Lever, and P. M. W. French, Biophys. J. 81, 1265 (2001).
[CrossRef]

Coleman, D. M.

Comelli, D.

R. Cubeddu, D. Comelli, C. D’Andrea, P. Taroni, and G. Valentini, J. Phys. D 35, R61 (2002).
[CrossRef]

Cubeddu, R.

R. Cubeddu, D. Comelli, C. D’Andrea, P. Taroni, and G. Valentini, J. Phys. D 35, R61 (2002).
[CrossRef]

D’Andrea, C.

R. Cubeddu, D. Comelli, C. D’Andrea, P. Taroni, and G. Valentini, J. Phys. D 35, R61 (2002).
[CrossRef]

Dayel, M. J.

Demas, J. N.

R. M. Ballew and J. N. Demas, Anal. Chem. 61, 30 (1989).
[CrossRef]

Dowling, K.

K. C. Benny Lee, J. Siegel, S. E. D. Webb, S. Lévêque-Fort, M. J. Cole, R. Jones, K. Dowling, M. J. Lever, and P. M. W. French, Biophys. J. 81, 1265 (2001).
[CrossRef]

K. Dowling, M. J. Dayel, M. J. Lever, P. M. W. French, J. D. Hares, and A. K. L. Dymoke-Bradshaw, Opt. Lett. 23, 810 (1998).
[CrossRef]

Drezek, R. A.

R. A. Drezek, R. Richards-Kortum, M. A. Brewer, M. S. Feld, C. Pitris, A. Ferenczy, M. L. Faupel, and M. Follen, Cancer 98, 2015 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Dymoke-Bradshaw, A. K. L.

Elson, D. S.

Fang, Q.

Q. Fang, T. Papaioannou, J. A. Jo, R. Vaitha, K. Shastry, and L. Marcu, Rev. Sci. Instrum. 75, 151 (2004).
[CrossRef]

Faupel, M. L.

R. A. Drezek, R. Richards-Kortum, M. A. Brewer, M. S. Feld, C. Pitris, A. Ferenczy, M. L. Faupel, and M. Follen, Cancer 98, 2015 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Feld, M. S.

R. A. Drezek, R. Richards-Kortum, M. A. Brewer, M. S. Feld, C. Pitris, A. Ferenczy, M. L. Faupel, and M. Follen, Cancer 98, 2015 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Ferenczy, A.

R. A. Drezek, R. Richards-Kortum, M. A. Brewer, M. S. Feld, C. Pitris, A. Ferenczy, M. L. Faupel, and M. Follen, Cancer 98, 2015 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Follen, M.

R. A. Drezek, R. Richards-Kortum, M. A. Brewer, M. S. Feld, C. Pitris, A. Ferenczy, M. L. Faupel, and M. Follen, Cancer 98, 2015 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

French, P. M. W.

Gadella, T. W. J.

T. W. J. Gadella, T. M. Jovin, and R. M. Clegg, Biophys. Chem. 48, 221 (1993).
[CrossRef]

Gambaruto, G. L.

Gerritsen, H. C.

A. V. Agronskaia, L. Tertoolen, and H. C. Gerritsen, J. Phys. D 36, 1655 (2003).
[CrossRef]

Glanzmann, T.

T. Glanzmann, J.-P. Ballini, H. van den Bergh, and G. Wagnières, Rev. Sci. Instrum. 70, 4067 (1999).
[CrossRef]

Gohlke, C.

O. Holub, M. J. Seufferheld, C. Gohlke, Govindjee, and R. M. Clegg, Photosynthetica 38, 581 (2000).
[CrossRef]

Govindjee,

O. Holub, M. J. Seufferheld, C. Gohlke, Govindjee, and R. M. Clegg, Photosynthetica 38, 581 (2000).
[CrossRef]

Hansroul, M.

J. Mizeret, T. Stepinac, M. Hansroul, A. Studzinski, H. van den Bergh, and G. Wagnières, Rev. Sci. Instrum. 70, 4689 (1999).
[CrossRef]

Hares, J. D.

Holub, O.

O. Holub, M. J. Seufferheld, C. Gohlke, Govindjee, and R. M. Clegg, Photosynthetica 38, 581 (2000).
[CrossRef]

Jo, J. A.

Q. Fang, T. Papaioannou, J. A. Jo, R. Vaitha, K. Shastry, and L. Marcu, Rev. Sci. Instrum. 75, 151 (2004).
[CrossRef]

Jones, R.

K. C. Benny Lee, J. Siegel, S. E. D. Webb, S. Lévêque-Fort, M. J. Cole, R. Jones, K. Dowling, M. J. Lever, and P. M. W. French, Biophys. J. 81, 1265 (2001).
[CrossRef]

Jovin, T. M.

T. W. J. Gadella, T. M. Jovin, and R. M. Clegg, Biophys. Chem. 48, 221 (1993).
[CrossRef]

Lakowicz, J. R.

J. R. Lakowicz, Principles of Fluorescence Spectroscopy, 2nd ed. (Plenum, New York, 1999).
[CrossRef]

Lalani, E.-N.

P. J. Tadrous, J. Siegel, P. M. W. French, S. Shousha, E.-N. Lalani, and G. W. H. Stamp, J. Pathol. 199, 309 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Lévêque-Fort, S.

Lever, M. J.

Marcu, L.

Q. Fang, T. Papaioannou, J. A. Jo, R. Vaitha, K. Shastry, and L. Marcu, Rev. Sci. Instrum. 75, 151 (2004).
[CrossRef]

Minami, S.

Mizeret, J.

J. Mizeret, T. Stepinac, M. Hansroul, A. Studzinski, H. van den Bergh, and G. Wagnières, Rev. Sci. Instrum. 70, 4689 (1999).
[CrossRef]

Mycek, M.-A.

J. D. Pitts and M.-A. Mycek, Rev. Sci. Instrum. 72, 3061 (2001).
[CrossRef]

Papaioannou, T.

Q. Fang, T. Papaioannou, J. A. Jo, R. Vaitha, K. Shastry, and L. Marcu, Rev. Sci. Instrum. 75, 151 (2004).
[CrossRef]

Pitris, C.

R. A. Drezek, R. Richards-Kortum, M. A. Brewer, M. S. Feld, C. Pitris, A. Ferenczy, M. L. Faupel, and M. Follen, Cancer 98, 2015 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Pitts, J. D.

J. D. Pitts and M.-A. Mycek, Rev. Sci. Instrum. 72, 3061 (2001).
[CrossRef]

Richards-Kortum, R.

R. A. Drezek, R. Richards-Kortum, M. A. Brewer, M. S. Feld, C. Pitris, A. Ferenczy, M. L. Faupel, and M. Follen, Cancer 98, 2015 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Sandison, A.

Seufferheld, M. J.

O. Holub, M. J. Seufferheld, C. Gohlke, Govindjee, and R. M. Clegg, Photosynthetica 38, 581 (2000).
[CrossRef]

Shastry, K.

Q. Fang, T. Papaioannou, J. A. Jo, R. Vaitha, K. Shastry, and L. Marcu, Rev. Sci. Instrum. 75, 151 (2004).
[CrossRef]

Shousha, S.

P. J. Tadrous, J. Siegel, P. M. W. French, S. Shousha, E.-N. Lalani, and G. W. H. Stamp, J. Pathol. 199, 309 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Siegel, J.

P. J. Tadrous, J. Siegel, P. M. W. French, S. Shousha, E.-N. Lalani, and G. W. H. Stamp, J. Pathol. 199, 309 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

J. Siegel, D. S. Elson, S. E. D. Webb, K. C. Benny Lee, A. Vlandas, G. L. Gambaruto, S. Lévêque-Fort, M. J. Lever, P. J. Tadrous, G. W. H. Stamp, A. L. Wallace, A. Sandison, T. F. Watson, P. M. W. French, and F. Alvarez, Appl. Opt. 42, 2995 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

K. C. Benny Lee, J. Siegel, S. E. D. Webb, S. Lévêque-Fort, M. J. Cole, R. Jones, K. Dowling, M. J. Lever, and P. M. W. French, Biophys. J. 81, 1265 (2001).
[CrossRef]

Stamp, G. W. H.

Stepinac, T.

J. Mizeret, T. Stepinac, M. Hansroul, A. Studzinski, H. van den Bergh, and G. Wagnières, Rev. Sci. Instrum. 70, 4689 (1999).
[CrossRef]

Studzinski, A.

J. Mizeret, T. Stepinac, M. Hansroul, A. Studzinski, H. van den Bergh, and G. Wagnières, Rev. Sci. Instrum. 70, 4689 (1999).
[CrossRef]

Tadrous, P. J.

Taroni, P.

R. Cubeddu, D. Comelli, C. D’Andrea, P. Taroni, and G. Valentini, J. Phys. D 35, R61 (2002).
[CrossRef]

Tertoolen, L.

A. V. Agronskaia, L. Tertoolen, and H. C. Gerritsen, J. Phys. D 36, 1655 (2003).
[CrossRef]

Uchida, T.

Vaitha, R.

Q. Fang, T. Papaioannou, J. A. Jo, R. Vaitha, K. Shastry, and L. Marcu, Rev. Sci. Instrum. 75, 151 (2004).
[CrossRef]

Valentini, G.

R. Cubeddu, D. Comelli, C. D’Andrea, P. Taroni, and G. Valentini, J. Phys. D 35, R61 (2002).
[CrossRef]

van den Bergh, H.

T. Glanzmann, J.-P. Ballini, H. van den Bergh, and G. Wagnières, Rev. Sci. Instrum. 70, 4067 (1999).
[CrossRef]

J. Mizeret, T. Stepinac, M. Hansroul, A. Studzinski, H. van den Bergh, and G. Wagnières, Rev. Sci. Instrum. 70, 4689 (1999).
[CrossRef]

Vlandas, A.

Wagnières, G.

J. Mizeret, T. Stepinac, M. Hansroul, A. Studzinski, H. van den Bergh, and G. Wagnières, Rev. Sci. Instrum. 70, 4689 (1999).
[CrossRef]

T. Glanzmann, J.-P. Ballini, H. van den Bergh, and G. Wagnières, Rev. Sci. Instrum. 70, 4067 (1999).
[CrossRef]

Wallace, A. L.

Wang, X. F.

Watson, T. F.

Webb, S. E. D.

Anal. Chem. (1)

R. M. Ballew and J. N. Demas, Anal. Chem. 61, 30 (1989).
[CrossRef]

Appl. Opt. (1)

Appl. Spectrosc. (1)

Biophys. Chem. (1)

T. W. J. Gadella, T. M. Jovin, and R. M. Clegg, Biophys. Chem. 48, 221 (1993).
[CrossRef]

Biophys. J. (1)

K. C. Benny Lee, J. Siegel, S. E. D. Webb, S. Lévêque-Fort, M. J. Cole, R. Jones, K. Dowling, M. J. Lever, and P. M. W. French, Biophys. J. 81, 1265 (2001).
[CrossRef]

Cancer (1)

R. A. Drezek, R. Richards-Kortum, M. A. Brewer, M. S. Feld, C. Pitris, A. Ferenczy, M. L. Faupel, and M. Follen, Cancer 98, 2015 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

J. Pathol. (1)

P. J. Tadrous, J. Siegel, P. M. W. French, S. Shousha, E.-N. Lalani, and G. W. H. Stamp, J. Pathol. 199, 309 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

J. Phys. D (2)

R. Cubeddu, D. Comelli, C. D’Andrea, P. Taroni, and G. Valentini, J. Phys. D 35, R61 (2002).
[CrossRef]

A. V. Agronskaia, L. Tertoolen, and H. C. Gerritsen, J. Phys. D 36, 1655 (2003).
[CrossRef]

Opt. Lett. (1)

Photosynthetica (1)

O. Holub, M. J. Seufferheld, C. Gohlke, Govindjee, and R. M. Clegg, Photosynthetica 38, 581 (2000).
[CrossRef]

Rev. Sci. Instrum. (4)

Q. Fang, T. Papaioannou, J. A. Jo, R. Vaitha, K. Shastry, and L. Marcu, Rev. Sci. Instrum. 75, 151 (2004).
[CrossRef]

J. D. Pitts and M.-A. Mycek, Rev. Sci. Instrum. 72, 3061 (2001).
[CrossRef]

T. Glanzmann, J.-P. Ballini, H. van den Bergh, and G. Wagnières, Rev. Sci. Instrum. 70, 4067 (1999).
[CrossRef]

J. Mizeret, T. Stepinac, M. Hansroul, A. Studzinski, H. van den Bergh, and G. Wagnières, Rev. Sci. Instrum. 70, 4689 (1999).
[CrossRef]

Other (1)

J. R. Lakowicz, Principles of Fluorescence Spectroscopy, 2nd ed. (Plenum, New York, 1999).
[CrossRef]

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (3)

Fig. 1
Fig. 1

Experimental setup for the endoscopic FLIM.

Fig. 2
Fig. 2

Intensity weighted fluorescence-lifetime images of a multiwell plate array of alternating solutions of Stilbene 1 and Coumarin 314. (a), (b) Obtained through a wide-field macro-imager by use of the WNLLS fitting algorithm and the RLD algorithm respectively; (c), (d) obtained with the endoscopic FLIM instrument with RLD determination at update rates of 29 and 7.2 Hz, respectively (e), (f) Lifetime histographs that correspond to (c) and (d), respectively.

Fig. 3
Fig. 3

Endoscopic intensity weighted fluorescence-lifetime images of a bisected lamb kidney, showing lifetime contrast among the renal cortex (RC), the medulla (M), the renal pelvis (RP), and the calyces (C). (a) Obtained with the WLLNS algorithm with eight time-gated images of 400-ps duration and required 15 s for data acquisition and processing; (b) obtained with the RLD algorithm by use of only two gates of 1.0 ns each at an update rate of 7.2 Hz. (c) Integrated fluorescence intensity imaging that corresponds to (a).

Metrics