大自然充滿(mǎn)了梯度和濃度的不均勻性。在測(cè)量 O 2、pH 或 CO 2等分析物時(shí)，通常會(huì)觀察到巨大的差異在樣品的不同位置，無(wú)論它是天然的還是人造的。在許多情況下，為了在整個(gè)樣品中建立均勻的反應(yīng)條件，人們付出了巨大的努力通過(guò)攪拌、搖動(dòng)或其他混合方法使樣品均質(zhì)化。然而，如果我們有興趣研究我們的環(huán)境，我們不應(yīng)該改變自然。許多樣品或?qū)嶒?yàn)都有ZHIDING的地點(diǎn)，即所謂的熱點(diǎn)或空間受限區(qū)域，大部分反應(yīng)都在這些地點(diǎn)發(fā)生。在研究沉積物-水、根-土壤、土壤-空氣、液-氣或液-液界面時(shí)就是這種情況。從而在樣本或樣本區(qū)域內(nèi)建立梯度。這些主要基于消耗或擴(kuò)散的梯度對(duì)于研究、控制和/或優(yōu)化很重要。

控制和研究濃度梯度或不均勻性的方法例如：

• 在多個(gè)測(cè)量位置同時(shí)測(cè)量（A. Flohr 等人“評(píng)估 pH 通量的影響"，M. K?ster“監(jiān)測(cè)沉積物-水界面的氧動(dòng)力學(xué)"）

• 通過(guò)在不同位置移動(dòng)一個(gè)傳感器進(jìn)行分析物分析（K. Koop-Jakobsen 和 M. Gutbrod “鹽沼潮汐池中的 O 2、pH 和 CO2 動(dòng)力學(xué)"）

• 或使用 2D 讀數(shù)（K. Vopel 等人“Benthic Disturbance Recovery"）

多點(diǎn)測(cè)量需要手動(dòng)重新定位讀數(shù)單元、多個(gè)讀數(shù)單元或多通道設(shè)備，以覆蓋和記錄同一實(shí)驗(yàn)中的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)。對(duì)于用戶(hù)而言，這通常是時(shí)間問(wèn)題、樣品周?chē)目捎每臻g以及讀出系統(tǒng)的復(fù)雜性。微分析在單獨(dú)的基礎(chǔ)部分中討論（請(qǐng)參閱微分析）。在這里，我們想指出 2D 讀數(shù)與發(fā)光化學(xué)光學(xué)傳感器的有益用途。

光學(xué)傳感器的 2D 讀數(shù)或所謂的分析物映射或成像使用 2D 陣列檢測(cè)器分別在同一實(shí)驗(yàn)讀數(shù)內(nèi)同時(shí)記錄大量信號(hào)或測(cè)量點(diǎn)（OS Wolfbeis，BioEssays 2015, 37, 8)。使用特殊的發(fā)光相機(jī)探測(cè)器代替單通道光電探測(cè)器來(lái)執(zhí)行平面光極傳感器的 2D 信號(hào)讀取。這樣的光學(xué)傳感器二維讀取系統(tǒng)由三個(gè)主要部分組成：

相機(jī)檢測(cè)器單元用于兩個(gè)主要目的，激發(fā)光信號(hào)的生成和以 2D 方式收集發(fā)光發(fā)射信號(hào)。第二部分是至少一個(gè)發(fā)光傳感器元件，它以可逆方式與樣品相互作用并在激發(fā)時(shí)產(chǎn)生依賴(lài)于分析物的發(fā)光變化。第三個(gè)元素是將記錄的原始光信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為分析物相關(guān)數(shù)據(jù)陣列或圖像的軟件。

成像能夠同時(shí)檢測(cè)數(shù)千個(gè)測(cè)量點(diǎn)，并在感興趣區(qū)域上生成 2D 分析物圖。此外，自動(dòng)時(shí)間序列記錄允許分析各個(gè)分析物的時(shí)空變化。數(shù)據(jù)生成分析物分布的可視化表示（圖像、地圖或視頻幻燈片），可用于快速識(shí)別代謝或反應(yīng)活動(dòng)的空間和時(shí)間差異或熱點(diǎn)。這可以快速輕松地概述示例中發(fā)生的情況。除此之外，每個(gè)測(cè)量元素（每個(gè)像素）都包含關(guān)于該特定位置的分析物的信息，作為第二級(jí)信息。自由選擇的感興趣區(qū)域 (ROI) 允許分析和比較區(qū)域。也可以在一張圖像中分析多個(gè)梯度，

除了這種“圖片填充"的 2D 成像方法（其中整個(gè)視場(chǎng)包含傳感器信息）之外，成像還提供了更高級(jí)的可能性：多個(gè)傳感器可以組合在一個(gè)視場(chǎng)中，以便在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中的不同位置甚至多個(gè)樣本可以同時(shí)錄制。此外，用于一種分析物的幾種傳感器類(lèi)型，例如具有不同范圍的傳感器，可以組合在一個(gè)樣品中以擴(kuò)展測(cè)量范圍。此外，用于不同分析物的傳感器可以組合在一個(gè)視野中，并在同一實(shí)驗(yàn)中使用同一設(shè)備讀取，甚至可以同時(shí)記錄整個(gè)傳感器陣列（Y. Reinders 等人“pH 和輻照成纖維細(xì)胞上的pO 2 " )。

熒光比率成像 (FRIM) 是一種讀取熒光化學(xué)光學(xué)傳感器信號(hào)的方法。比率測(cè)量補(bǔ)償了大多數(shù)常見(jiàn)的干擾，例如不均勻的光場(chǎng)。光學(xué)傳感器箔包含固定在可滲透聚合物基質(zhì)層中的分析物敏感染料和參考染料。指示染料發(fā)出紅色或綠色熒光，具體取決于分析物和相應(yīng)的傳感器箔片類(lèi)型，其被分析物動(dòng)態(tài)淬滅，而參考染料分別發(fā)出恒定的綠色或紅色光信號(hào)。這些發(fā)射*符合彩色 RGB 芯片的紅色和綠色通道靈敏度。

VisiSens™ 成像系統(tǒng)的測(cè)量原理 - FRIM

熒光比例成像 (FRIM) 是一種參考讀出熒光化學(xué)光學(xué)傳感器信號(hào)的方法（Tschiersch 等人“用于實(shí)驗(yàn)生物學(xué)中的非侵入性成像的平面氧傳感器"Microsensors. IntechOpen, 2011）。比率測(cè)量可以補(bǔ)償大多數(shù)常見(jiàn)的干擾，例如不均勻的光場(chǎng)或幾何變化。光學(xué)傳感器箔包含分析物敏感染料和參考染料，它們固定在可滲透分析物的聚合物基質(zhì)層中。指示染料發(fā)出紅色（或綠色，取決于分析物和相應(yīng)的傳感器箔類(lèi)型）熒光信號(hào)，這些熒光信號(hào)隨著分析物濃度的變化而動(dòng)態(tài)變化。參考染料提供穩(wěn)定和恒定的光信號(hào)。這些來(lái)自指示器和參考的發(fā)射*符合數(shù)碼相機(jī)中彩色 RGB 芯片的紅色和綠色通道靈敏度。RGB 芯片分別記錄這些信號(hào)并將各自的信息存儲(chǔ)在獨(dú)立的彩色像素中，從而產(chǎn)生“彩色"圖像。記錄的紅色和綠色通道信息可以按比例參考，從而產(chǎn)生參考的 2D 傳感器響應(yīng)。

非接觸式直接感應(yīng)或通過(guò)透明墻讀取

平面?zhèn)鞲衅鞑梢灾苯討?yīng)用在感興趣的表面上，并且可以記錄 2D 分析物圖像。由于光信號(hào)也可以通過(guò)透明的血管壁，因此傳感器箔可以貼在透明甚至稍微不透明的容器的內(nèi)壁上，并且可以通過(guò)血管壁以非侵入方式讀出信號(hào)