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徠卡顯微鏡,CARS顯微成像特點分子振動對比

2013-11-19  發布者:admin 

 相幹反斯托克斯拉曼散射(CARS)顯微鏡是一種技術,分子的振動簽名的基礎上生成圖像。這種成像方法不要求標注的,但重要的生物分子的化合物的範圍內,可以得到分子的特定信息。本文簡要地強調汽車的功能,並討論了一些令人興奮的成像引入這種新的成像方法的可能性。

 

探測分子的振動

分子的化學鍵能撼動,彎曲和撥浪鼓。他們做這些運動特別是利率或頻率。這些頻率是如此特別,AG亚游集团可以找出什麽樣的化學鍵是劍拔弩張到其特定的振動頻率調諧。例如,許多有機分子中含有碳和氫原子之間的債券,因此,他們有CH振動。更重要的是,C-H鍵的振動頻率是非常不同於其他化學鍵的振蕩運動,如O-H鍵,氧 - 氫鍵。換言之,通過檢查一個分子的振動頻率時,AG亚游集团可以說有關化學結構的分子的顯著的東西。這樣的振動分析對應的化學分析。

這些振動可以得到解決,通過檢查與光分子。不幸的是,分子振動的頻率比可見光波的振蕩頻率要低得多。這意味著,AG亚游集团不能直接收聽到這些分子的議案,包括常見的光源類型的激光器,光學顯微鏡的一部分。然而,分子可以以間接的方式進行檢查。拉曼光譜是這種間接檢查的一個例子。在拉曼光譜和顯微鏡,現有的激光束處理樣品和關閉分子散射的光分析。這是一種不同的顏色比激發光的散射光可能包含的分子振動的信息。這種方法看起來非常相似,熒光測量,但收集到的信息是非常不同的。在拉曼光譜的激光拉曼散射光之間的頻率差對應的頻率的化學鍵。使用適當的過濾器和能譜儀,它是可以自信地收集拉曼散射光在光學顯微鏡下,從而收集有關樣本的化學信息。這提供了獨特的可能性。由於幾乎所有的分子具有特定的化學鍵的振動是拉曼活性,這是可能的,而不需要任何外在的標簽生成的樣品的化學地圖。毫不奇怪,這一功能已經引發了許多研究學科,包括材料合成,法醫研究,礦物學,毒理學和化學分析藝術品的利益。

拉曼光譜儀和顯微鏡還可以在生物學產生了影響。拉曼顯微鏡使標簽的方式,這將打開機會對研究生物樣品,難以染色或準備標準的光學檢測的細胞和組織的研究。比如,拉曼光譜儀已被證明是足夠敏感的健康和癌組織的化學組成的細微的差別。拉曼顯微鏡盡管其生物研究的巨大潛力,還沒有完全成熟,成為一個常規成像技術在生物學實驗室。拉曼顯微鏡在組織和細胞研究的影響有限的原因是拉曼信號的固有弱點。因為激光拉曼效應探測分​​子間接:沒有光的分子振動的共振信號弱。拉曼效應是可測量的,但是,相對於熒光,這是一個非常弱的效果。這意味著,記錄的拉曼圖像需要更長的時間比服用的熒光圖像。在一秒鍾內可以采取,而多數的熒光圖像,拉曼圖像相同的尺寸會需要一個小時或更多。顯然,這樣的圖像的采集時間是非常有吸引力的生物成像應用。

CARS顯微鏡使新的見解,生物和材料樣品

這是否意味著,拉曼顯微鏡有沒有快速生物成像領域的未來?幸運的是,有替代拉曼技術,顯著提高的信號電平。非線性拉曼技術利用超快脈衝激光,和更有效的方式探測中的分子的振動響應。物理,非線性拉曼技術使分子振動步調一致,產生相幹信號,最多可以有5個數量級高於常規拉曼光譜。有幾個非線性拉曼光譜技術,如相幹反斯托克斯拉曼散射(CARS)和受激拉曼散射(SRS),所有這些探測相同的拉曼活性的分子振動。這些技術絕不是新的:在20世紀60年代奠定基礎的非線性拉曼方法。在家庭內部的非線性拉曼方法,汽車是第一種方法,已經成長為一個用戶友好的顯微鏡工具。第一CARS顯微鏡的曆史可以追溯到1982年,但第一個有用的生物實施表現出了一點,在十多年前,1999年。從那時起,CARS顯微鏡技術已經成熟到一個易於使用的成像工具,強調發布的徠卡TCS CARS顯微鏡,它增加了光學顯微鏡的調色板實時振動對比。汽車的成像方式,提供快速和清脆什麽可預期的共聚焦熒光顯微鏡圖像。手頭有了這樣的成像能力,一個全新的成像應用領域指日可待。

脂質和蛋白質

CARS顯微鏡的應用範圍是什麽?CARS顯微鏡已經取得了顯著的影響,在該地區的脂質成像。脂類可以可視化調整到CH 2對稱伸縮振動的脂肪分子。對於實施例中,CARS顯微鏡可以區分飽和的和不飽和的脂肪,它可以選擇性地檢測膽固醇和膽甾醇酯,它可以揭示脂膜的填充密度的信息。CARS顯微鏡是不夠敏感,拿起信號從單一磷脂膜,使膜生物物理學的研究中,囊泡運輸和細胞器的映射。強勁的汽車脂質信號也促使研究脂質代謝,細胞內脂質體販運,並專注於脂質積累和腫瘤生長之間的相關性的研究。最顯著,強大的CARS信號從富含脂質的髓鞘透露了幾個重要的進展和治療的neurodegenerate疾病的見解。

另一個振動響應,有利的是蛋白質。CARS顯微鏡雖然無法得出結論鑒別蛋白質,它是未能生成地圖的蛋白質密度。CH 3甲基伸縮振動手柄映射出的蛋白質在組織和細胞中分布提供了方便。病變組織蛋白密度的空間分布往往是重要標誌。

 

圖1:在M1巨噬細胞脂質積累。巨噬細胞中生長在培養基中含有氧化型低密度脂蛋白。血脂是通過2845厘米-1 CH 2振動的脂肪血脂是顯性可視化。
圖2:腎組織多式聯運非線性顯微鏡。雙光子激發自體熒光(綠色)用於突出顯示在腎小管細胞,而CARS信號用於指示在組織間質的脂質。
圖3:CARS圖像的纖維素纖維。該纖維是通過纖維素鏈的多聚葡萄糖的C-H振動的可視化。
圖4:血脂線蟲分布。明亮的信號CH 2對稱伸縮振動脂肪脂質。
 

水和藥物的擴散

CARS顯微鏡也被用來監測水動力學,生物和合成係統的首選方法。組織水的O-H伸縮振動提供了一個敏感的探頭。這使水的滲透研究,以單核細胞和細胞器,除了水分動態的設計的微結構材料。 

CARS顯微鏡無標記性和無創性使得該技術非常適合用於監測在體內通過皮膚局部應用的化學品滲透。CARS已被用於後續的礦物油中的擴散,通過皮膚[ 8 ] 在動物模型中,最近也被證明工作在皮膚上的人類患者的方法。

聚合物薄膜和納米粒子

除了 ​​標簽自由的化學成像的組織和細胞,CARS顯微鏡已經采用聚合物膜的化學組成和製造微結構的可視化。對比度可以是來自於聚合物中的碳網的振動,或從羰基的有機分子。CARS信號從許多聚合物結構足夠堅固,以用於廣泛的各種的振動拉曼簽名為成像的目的撥號。此外,CARS顯微鏡可以探測分子係統,具有很強的吸收功能。碳納米管,例如,可以單獨可視化在CARS顯微鏡。同樣地,半導體納米粒子,如矽和鐵的氧化物納米結構可以可視化的一個由一基於非線性CARS響應。重要的是,的CARS信號從這些納米粒子的不擔保持續的樣品成像不衰落的對比度的情況下,光漂白。這些實施例說明成像CARS顯微鏡在材料科學中的應用,有一個廣泛的。

的非線性拉曼顯微鏡,熒光顯微鏡相比,是相對比較年輕。盡管如此,非線性拉曼技術的影響已經可以聽到響亮而明確的,特別是在無標記生物組織成像。而不是與熒光技術的競爭,能夠迅速產生振動的對比基礎上的圖像增加了一個新的層麵,對現有的光學顯微鏡對比機製。汽車成像方式的商業化提供給顯微鏡更多選項檢查照明樣品的微觀細節。與新的對比來新的發現。這是令人興奮怎麽看CARS顯微鏡等技術,還可以擴大AG亚游集团對微觀世界的認識。



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