FluorCamクローズド葉緑素蛍光イメージングシステム

PSI同社の主任科学者Nedbal教授と同社の社長Trtilek博士らは初めてPAM葉緑素蛍光技術とCCD技術を結合し、1996年に世界でFluorCam葉緑素蛍光イメージングシステム（Heckら、1999；Nedbalなど、2000、Govindjee and Nedbal, 2000）。FluorCam葉緑素蛍光イメージング技術は1990年代の葉緑素蛍光技術の重要な突破口となり、科学者たちの光合成と葉緑素蛍光に対する研究を一気に2次元世界と顕微世界に進出させた。現在PSI社は世界で最も権威があり、使用が最も広く、種類が最も全面的で、論文が最も多く発表されている葉緑素蛍光イメージング専門メーカーとなっている

上左図は1990年代にNedbalなどが設計したFluorCam葉緑素蛍光イメージング技術（Photosynthesis Research、66：3-12、2000）、右図はレモンカラー図と葉緑素蛍光イメージング図（Photosynthetica、38：571-579、2000）

FluorCam閉鎖式葉緑素蛍光イメージングシステムは高度に集積され、高度に革新され、使い勝手がよく、広く応用されたハイエンド葉緑素蛍光技術設備であり、高感度CCDレンズ、4つの固定されたLED光源板及び制御システムなどは暗適応操作箱内に集積され、植物サンプルは暗適応操作箱内の仕切り板の上に置かれ、仕切り板の7段の高さは調整可能である。光源は高安定性給電ユニットから電源を供給し、4つの高エネルギー、高安定性LED光源板は均一性で植物サンプルに照射し、イメージング面積は13に達することができる×13 cm；制御システムはUSBを通じてコンピュータと接続し、FluorCamソフトウェアプログラムを通じて制御し、分析データを収集する。植物の葉や果実などの他の植物組織、植物全体または培養された複数の植物、コケ地衣などの低等植物、藻類などに適用され、植物には藻類光合生理生態、植物逆境ストレス生理と易感性、気孔機能、土壌重金属汚染応答と生物検査、植物抵抗性検査とスクリーニング、作物育種、Phenotypingなどの植物環境の研究に広く応用されている。

主な機能特徴：

· システムは暗適応操作箱内に集積され、操作が簡便で、移動しやすく、実験室内でも屋外でも暗適応イメージング測定分析を行うことができる

·高感度CCDレンズ、時間分解能は50枚毎秒に達し、クロロフィル蛍光過渡を迅速に捕捉し、イメージング面積は13 x 13 cmに達した

· 世界で唯一OJIP高速蛍光動力学イメージング分析が可能なハイエンド葉緑素蛍光技術設備であり、OJIP高速葉緑素蛍光動態曲線及びMo（OJIP曲線初期傾き）、OJIP固定面積、Sm（すべての光反応中心を閉じるために必要なエネルギーの測定）、QY、PI（Performance Index）など26個のパラメータを得ることができる

· 世界で唯一のQA再酸化動力学イメージング分析が可能なハイエンド葉緑素蛍光技術設備であり、単回転飽和フラッシュ（STF）葉緑素蛍光誘導動態を実行でき、光強度は100µs内で120,000µmol（photons）/m².sに達することができる

· スナップショットモード、Fv/Fm、Kautsky誘導効果、2つの葉緑素蛍光クエンチ分析（NPQ）protocolas（2セットのカスタム光供給スキーム）、LC光応答曲線、PAR吸収とNDVIイメージング分析、QA再酸化動力学分析、OJIP高速蛍光動力学分析及びGFP緑色蛍光蛋白イメージングなどを含む、最も機能的で編集可能な葉緑素蛍光実験プログラム（Protocols）を備えている

· 自動繰り返しイメージング測定分析を行うことができ、実験プログラム（Protocols）、測定回数及び間隔を予め設定し、システムは自動的に循環的にイメージング測定を実行し、自動的にデータを時間と日付でコンピュータに保存する（タイムスタンプ付き）、2つの実験プログラム（Protocols）を事前設定することもできます。例えばシステムを昼間にFv/Fmを自動運転し、夜間にNPQ分析を自動運転するなど

·2色光化学光励起光源を備え、標準配置は赤色と白色で、赤色と青色などの2バンド光化学光を選択して配合することができ、2色光化学光は異なる割合で組み合わせて使用することができ、それによって異なる光質の作物／植物に対する光合成効果を実験する

· 最大撮像面積20×25 cmのTetraCamカラーイメージングモジュールをオプションで配置でき、ブレードまたは植物形態イメージング分析とクロロフィル蛍光イメージングの比較分析に用いる

技術パラメータ：

· 測定光は617 nmで変調可能な赤色光で、2つのアレイ144個のLED sから構成され、持続時間は10µs-100µsで調整可能、

· 2色光化光、標準配置は2赤光+2白色光で、2赤光+2青色光またはその他の波長光源の組み合わせ、Actinic 1光強度を選択することができる300µmol(photons)/m².s，Actinic 2光強度2000µmol（photons）/m².s、最大光化学光は3000µmol（photons）/m².sにアップグレードできる。二色光化学光は異なる光質の作物／植物への光合成効果を実験するために異なる割合で組み合わせて使用することができる

· 飽和光強度は4000µmol（photons）/m².sに達し、6000µmol（photons）/m².sにアップグレードでき、QA再酸化分析単回転飽和フラッシュSTFは120000µmol（photons）/m².sに達することができる

· 光化学光及び飽和光フラッシュは2対の高強度高安定性LED光源板から構成され、各光源板は8×9 LEDアレイから構成され、またPAR吸収及びNDVIイメージング測定のための上部2色光源（740 nm赤外光源及び660 nm赤色光源）を備えている、高強度高安定性LEDは持続的、安定的、均一な光源を提供し、大量の光で強弱なLED s（例えば数百個）を用いて光源の不安定、寿命が短いなどの問題を引き起こすことはない（各LEDの不足を補うために大量の弱光LEDを使用すると、システムのエラー率が高くなり、どのLEDにも問題が発生するとシステムの不安定、使用できなくなる）

· 測定パラメータ：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, ETRなど50以上の葉緑素蛍光パラメータ及びPAR吸収及びNDVI植物分光反射指数を含み、各パラメータはいずれも2次元蛍光カラー画像を表示することができる

· 自動測定プログラムを自由に編集できる完全な自動測定プログラム（protocol）を備えている

a) Fv/Fm：測定パラメータはFo、Fm、Fv、QYなどを含む

b) Kautsky誘導効果：Fo、Fp、Fv、Ft _ Lss、QY、Rfdなどの蛍光パラメータ

c) 蛍光消光解析：Fo、Fm、Fp、Fs、Fv、QY、Φ_II，NPQ、Qp、Rfd、qLなど50以上のパラメータ

d) 光応答曲線LC：Fo、Fm、QY、QY _ Ln、ETRなどの蛍光パラメータ

e) PAR吸収とNDVI（オプション）

f) QAさいさんかどうりきがく

g) GFPとうせいけいこうイメージングそくてい

h) OJIP高速蛍光動力学解析（オプション）：Mo（OJIP曲線初期傾き）、OJIP固定面積、Sm（すべての光反応中心を閉じるために必要なエネルギーの測定）、QY、PIなど26パラメータ

• 高感度TOMI-1CCDセンサー：

a) 画像解像度：720×560画素

b) 時間解像度：毎秒50フレーム

c) A/D変換解像度：12ビット（4096階調）

d) 画素サイズ：8.6µm×8.3µm

e) 通信モード：ギガビットイーサネット

§ 高分解能TOMI-2 CCDセンサ（オプション）

a) プログレッシブ走査CCD

b) 最高画像解像度：1360×1024ピクセル

c) 時間解像度：最高画像解像度で毎秒20フレーム

d) A/D変換解像度：16ビット（65536階調）

e) 画素サイズ：6.45µm×6.45µm

f) 運転モード：1）クロロフィル蛍光パラメータ測定用の動的ビデオモード、2）GFPなどの蛍光蛋白質と蛍光染料測定のためのスナップショットモード

g) 通信モード：ギガビットイーサネット

· 撮像面積：13×13cm、植物の葉、植物組織、藻類、コケ、地衣、植物全体または複数の植物、96孔板、384孔板などに対してイメージング分析を行うことができる

· 7ビットフィルタホイール及びクロロフィル蛍光フィルタ、PAR吸収とNDVIイメージング測定フィルタは、必要に応じて他のフィルタ（オプション）を選択することができる

· QA再酸化動力学イメージング分析（オプション）：STF蛍光動力学分析測定を行うことができ、単回転光フラッシュ（STF）光強度は120,000µmol（photons）/m².s in 100µsに達する

· OJIP高速蛍光動力学モジュール（オプション）：時間分解能が1µsに達し、測定分析可能なOJIP曲線と20項目の相関パラメータ：Fo、Fj、Fi、PまたはFm、Vj、Vi、Mo、Area、Fix Area、Sm、Ss、N（QA還元回転数）、Phi­­­­Po、Psi _ o、Phi _ Eo、Phi _ Do、Phi _ pav、ABS/RC（単位反応中心の吸収光量子フラックス）、TRo/RC（単位反応中心の初期捕獲光量子フラックス）、ETo/RC（単位反応中心初期電子伝達光量子フラックス）、DIo/RC（単位反応中心エネルギー散逸）、ABS/CS（単位試料断面の吸収光量子フラックス）、TRo/CSo、RC/CSx（反応中心密度）、PI_ABS（吸収光量子フラックスに基づく「性能」指数または生存指数）、PIcs（断面に基づく「性能」指数または生存指数）

FluorCam葉緑素蛍光イメージング解析ソフトウェア機能：Live（実況試験）、Protocols（実験プログラム選択カスタマイズ）、Pre-processing（イメージング前処理）、Result（イメージング解析結果）などの機能メニュー

· 顧客カスタマイズ実験プログラムプロトコル（protocols）：時間（例えば測定光持続時間、光化学光持続時間、測定時間など）、光強度（例えば異なる光質光化学光強度、飽和光強度、変調測定光など）を設定でき、専用実験プログラム言語とスクリプトを備え、ユーザーもProtocolメニュー中のガイドプログラムテンプレートを利用して新しい実験プログラムを自由に作成することができる

· 自動測定分析機能：自動無人循環イメージング測定、繰り返し回数及び間隔時間の顧客カスタマイズ、イメージング測定データの自動日付保存コンピュータ（タイムスタンプ付き）を設定することができる実験プログラム（Protocol）

· スナップショット（snapshot）モード：スナップショットイメージングモードにより、光強度、シャッター時間及び感度を自由に調整して、はっきりと際立った植物サンプルの定常蛍光と瞬時蛍光画像を得ることができる

· イメージング前処理：プログラムソフトウェアは、複数の植物サンプルまたは複数の領域を自動的に識別したり、手動で領域を選択したりすることができます（Region of interest、ROI）。手動選択範囲のシェイプは、正方形、円形、任意の多角形、または扇形にすることができます。ソフトウェアは各サンプルと選択された領域の蛍光動力学曲線と対応するパラメータを自動的に測定分析することができ、サンプルまたは領域の数は制限されない（>1000）

· データ分析モード：「信号計算再平均」モード（算術平均値）と「信号平均再計算」モードを備え、高信号対雑音比の場合は「信号計算再平均」モードを選択し、低信号対雑音比の場合は「信号平均再計算」モードを選択して雑音による誤差をフィルタリングする

· 出力結果：高時間解像度蛍光動態図、蛍光動態変化ビデオ、蛍光パラメータExcelファイル、ヒストグラム、異なるパラメータイメージング図、異なるROIの蛍光パラメータリストなど

· 暗適応操作箱、光源、CCDレンズ、グリーンホイール及びフィルタ、制御ユニット、放熱装置などを内蔵し、暗適応操作に便利で、サンプルプラットフォームは36 x 30 cm、高さは7級調整可能で、サンプル（植物全体）の最大高さは12 cmに達することができる

· 給光方式：静的または動的（正弦波）

· スペクトル応答：540 nm量子効率が最高（70%）、400 nmと650 nmで50%減少

· 読み出しノイズ：12 eRMS未満、典型的な10 e

· フルウェル容量：70000 eより大きい（unbinned）

· Bios：ファームウェアのアップグレード可能

· 通信方式：ギガビットイーサネット

· 寸法:471 mm(W)×473 mm (D)×512 mm (H)

· 重量：Appr. 40 kg

· 電源入力：Appr. 1100 W

· 給電電圧：90–240 V

構成要素：

1. 暗適応操作箱、内蔵LED光源、グリーンホイール及びフィルタ、CCDレンズ、制御ユニット、高さ調整可能サンプル隔壁、放熱装置などを含むホストシステム

2. 高安定性電源変換器

3. FluorCamシステム制御とデータ解析ソフトウェア

4. ノートブックPC

生産地：チェコPSI

付属：その他のFluorCam葉緑素蛍光イメージングシステム

1. FluorCam携帯型光合成用クロロフィル蛍光イメージングシステム：LCProSD光合成器、Licor 6400光合成器などと併用可能

2. FluorCam携帯型クロロフィル蛍光イメージングシステム：イメージング面積3.5 x 3.5 cm、暗適応リーフクリップ及び多機能軽量三脚を備え、実験室或いは野外測定と監視に用いることができる

3. FluorCam携帯型Chl/GFP蛍光イメージングシステム：携帯型蛍光イメージングシステムの拡張版であり、クロロフィル蛍光イメージング分析とGFP緑色蛍光蛋白イメージング分析を同時に行うことができる

4. FluorCam閉鎖式葉緑素蛍光イメージングシステム：LED光源、CCD蛍光監視レンズ、制御ユニットなどは暗適応操作箱内に集積して完全なホストシステムを形成し、世界で唯一QA再酸化動力学とOJIP測定分析を行うことができる葉緑素蛍光イメージングシステムであり、イメージング面積13 x 13 cm

5. FluorCam閉鎖式Chl/GFP蛍光イメージングシステム：閉鎖式葉緑素蛍光イメージングシステムの拡張版であり、葉緑素蛍光イメージング分析とGFP緑色蛍光蛋白イメージング分析を同時に行うことができる

6. FluorCam開放式葉緑素蛍光イメージングシステム：モジュール式、高度な拡張性を備え、異なる励起光源及び対応するフィルタを自由に選択して葉緑素蛍光動態及び定常状態蛍光などに対してイメージング分析を行うことができ、レンズ高さ調整可能、イメージング面積13 x 13 cm

7. FluorCam開放型大型版クロロフィル蛍光イメージングシステム：イメージング面積は20 x 20 cmに達することができる

8. FKMマルチスペクトル蛍光動態顕微イメージングとスペクトル分析システム：マルチ励起発光、マルチスペクトル蛍光イメージングとスペクトル分析、クロロフィル蛍光動態、QA再酸化、OJIP高速蛍光動力学に対して顕微イメージング分析とスペクトル分析を行うことができ、またGFP蛍光、細胞蛍光染色などに対して顕微イメージング分析を行うことができる

9. Fluorcam移動式大型葉緑素蛍光イメージングシステム：大型葉緑素蛍光イメージングプラットフォームは車輪を備えたブラケットに取り付けられ、移動が便利で、イメージングプラットフォームは上下に移動でき、イメージング面積は35 x 35 cmに達する

10. FluorCamスプライン走査式葉緑素蛍光イメージングシステム：大型イメージングプラットフォームは100－500 cmのホルダ上でスプラインを走査イメージングすることができ、標準配置走査領域の長さは400 cmで、イメージングプラットフォームはスプラインに沿って正確に位置決めすることができ、RGB真彩走査イメージングを選択することができ、それによって葉緑素蛍光イメージングと真彩イメージング分析を実現する

11. FluorCamマルチスペクトル蛍光イメージングシステム：マルチ励起発光、マルチスペクトル蛍光イメージングシステムに属し、クロロフィル蛍光に対してイメージング分析を行うことができるだけでなく、UV紫外光励起F 440（青色蛍光）、F 520（緑色蛍光）、F 690（赤色蛍光）とF 740（赤外蛍光）に対してイメージング分析を行い、植物ストレスと耐性を検出するために全方位研究を行い、標準配置、拡張配置と大型配置の3種類のモデルがある

12. PlantScreen葉緑素蛍光とRGB真彩自動走査イメージングシステム：PlantScreenシリーズ高フラックス植物表現型イメージング分析システムの基礎版であり、葉緑素蛍光と植物RGB真彩に対してイメージング分析を行い、植物の機能表現型と形態表現型を分析測定し、自動走査範囲は60 x 129 cmであり、タイミングを定位し、4次元（XYZ 3次元位置情報と時間情報）測定データを得る