设为首页 | 添加收藏 |sitemap |百度地图 |
货真价实 坦诚无欺
新闻资讯

徕卡显微镜,CARS显微成像特点分子振动对比

2013-11-19  发布者:admin 

 相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)显微镜是一种技术,分子的振动签名的基础上生成图像。这种成像方法不要求标注的,但重要的生物分子的化合物的范围内,可以得到分子的特定信息。本文简要地强调汽车的功能,并讨论了一些令人兴奋的成像引入这种新的成像方法的可能性。

 

探测分子的振动

分子的化学键能撼动,弯曲和拨浪鼓。他们做这些运动特别是利率或频率。这些频率是如此特别,我们可以找出什么样的化学键是剑拔弩张到其特定的振动频率调谐。例如,许多有机分子中含有碳和氢原子之间的债券,因此,他们有CH振动。更重要的是,C-H键的振动频率是非常不同于其他化学键的振荡运动,如O-H键,氧 - 氢键。换言之,通过检查一个分子的振动频率时,我们可以说有关化学结构的分子的显着的东西。这样的振动分析对应的化学分析。

这些振动可以得到解决,通过检查与光分子。不幸的是,分子振动的频率比可见光波的振荡频率要低得多。这意味着,我们不能直接收听到这些分子的议案,包括常见的光源类型的激光器,光学显微镜的一部分。然而,分子可以以间接的方式进行检查。拉曼光谱是这种间接检查的一个例子。在拉曼光谱和显微镜,现有的激光束处理样品和关闭分子散射的光分析。这是一种不同的颜色比激发光的散射光可能包含的分子振动的信息。这种方法看起来非常相似,荧光测量,但收集到的信息是非常不同的。在拉曼光谱的激光拉曼散射光之间的频率差对应的频率的化学键。使用适当的过滤器和能谱仪,它是可以自信地收集拉曼散射光在光学显微镜下,从而收集有关样本的化学信息。这提供了独特的可能性。由于几乎所有的分子具有特定的化学键的振动是拉曼活性,这是可能的,而不需要任何外在的标签生成的样品的化学地图。毫不奇怪,这一功能已经引发了许多研究学科,包括材料合成,法医研究,矿物学,毒理学和化学分析艺术品的利益。

拉曼光谱仪和显微镜还可以在生物学产生了影响。拉曼显微镜使标签的方式,这将打开机会对研究生物样品,难以染色或准备标准的光学检测的细胞和组织的研究。比如,拉曼光谱仪已被证明是足够敏感的健康和癌组织的化学组成的细微的差别。拉曼显微镜尽管其生物研究的巨大潜力,还没有完全成熟,成为一个常规成像技术在生物学实验室。拉曼显微镜在组织和细胞研究的影响有限的原因是拉曼信号的固有弱点。因为激光拉曼效应探测分​​子间接:没有光的分子振动的共振信号弱。拉曼效应是可测量的,但是,相对于荧光,这是一个非常弱的效果。这意味着,记录的拉曼图像需要更长的时间比服用的荧光图像。在一秒钟内可以采取,而多数的荧光图像,拉曼图像相同的尺寸会需要一个小时或更多。显然,这样的图像的采集时间是非常有吸引力的生物成像应用。

CARS显微镜使新的见解,生物和材料样品

这是否意味着,拉曼显微镜有没有快速生物成像领域的未来?幸运的是,有替代拉曼技术,显着提高的信号电平。非线性拉曼技术利用超快脉冲激光,和更有效的方式探测中的分子的振动响应。物理,非线性拉曼技术使分子振动步调一致,产生相干信号,最多可以有5个数量级高于常规拉曼光谱。有几个非线性拉曼光谱技术,如相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)和受激拉曼散射(SRS),所有这些探测相同的拉曼活性的分子振动。这些技术绝不是新的:在20世纪60年代奠定基础的非线性拉曼方法。在家庭内部的非线性拉曼方法,汽车是第一种方法,已经成长为一个用户友好的显微镜工具。第一CARS显微镜的历史可以追溯到1982年,但第一个有用的生物实施表现出了一点,在十多年前,1999年。从那时起,CARS显微镜技术已经成熟到一个易于使用的成像工具,强调发布的徕卡TCS CARS显微镜,它增加了光学显微镜的调色板实时振动对比。汽车的成像方式,提供快速和清脆什么可预期的共聚焦荧光显微镜图像。手头有了这样的成像能力,一个全新的成像应用领域指日可待。

脂质和蛋白质

CARS显微镜的应用范围是什么?CARS显微镜已经取得了显着的影响,在该地区的脂质成像。脂类可以可视化调整到CH 2对称伸缩振动的脂肪分子。对于实施例中,CARS显微镜可以区分饱和的和不饱和的脂肪,它可以选择性地检测胆固醇和胆甾醇酯,它可以揭示脂膜的填充密度的信息。CARS显微镜是不够敏感,拿起信号从单一磷脂膜,使膜生物物理学的研究中,囊泡运输和细胞器的映射。强劲的汽车脂质信号也促使研究脂质代谢,细胞内脂质体贩运,并专注于脂质积累和肿瘤生长之间的相关性的研究。最显着,强大的CARS信号从富含脂质的髓鞘透露了几个重要的进展和治疗的neurodegenerate疾病的见解。

另一个振动响应,有利的是蛋白质。CARS显微镜虽然无法得出结论鉴别蛋白质,它是未能生成地图的蛋白质密度。CH 3甲基伸缩振动手柄映射出的蛋白质在组织和细胞中分布提供了方便。病变组织蛋白密度的空间分布往往是重要标志。

 

图1:在M1巨噬细胞脂质积累。巨噬细胞中生长在培养基中含有氧化型低密度脂蛋白。血脂是通过2845厘米-1 CH 2振动的脂肪血脂是显性可视化。
图2:肾组织多式联运非线性显微镜。双光子激发自体荧光(绿色)用于突出显示在肾小管细胞,而CARS信号用于指示在组织间质的脂质。
图3:CARS图像的纤维素纤维。该纤维是通过纤维素链的多聚葡萄糖的C-H振动的可视化。
图4:血脂线虫分布。明亮的信号CH 2对称伸缩振动脂肪脂质。
 

水和药物的扩散

CARS显微镜也被用来监测水动力学,生物和合成系统的首选方法。组织水的O-H伸缩振动提供了一个敏感的探头。这使水的渗透研究,以单核细胞和细胞器,除了水分动态的设计的微结构材料。 

CARS显微镜无标记性和无创性使得该技术非常适合用于监测在体内通过皮肤局部应用的化学品渗透。CARS已被用于后续的矿物油中的扩散,通过皮肤[ 8 ] 在动物模型中,最近也被证明工作在皮肤上的人类患者的方法。

聚合物薄膜和纳米粒子

除了 ​​标签自由的化学成像的组织和细胞,CARS显微镜已经采用聚合物膜的化学组成和制造微结构的可视化。对比度可以是来自于聚合物中的碳网的振动,或从羰基的有机分子。CARS信号从许多聚合物结构足够坚固,以用于广泛的各种的振动拉曼签名为成像的目的拨号。此外,CARS显微镜可以探测分子系统,具有很强的吸收功能。碳纳米管,例如,可以单独可视化在CARS显微镜。同样地,半导体纳米粒子,如硅和铁的氧化物纳米结构可以可视化的一个由一基于非线性CARS响应。重要的是,的CARS信号从这些纳米粒子的不担保持续的样品成像不衰落的对比度的情况下,光漂白。这些实施例说明成像CARS显微镜在材料科学中的应用,有一个广泛的。

的非线性拉曼显微镜,荧光显微镜相比,是相对比较年轻。尽管如此,非线性拉曼技术的影响已经可以听到响亮而明确的,特别是在无标记生物组织成像。而不是与荧光技术的竞争,能够迅速产生振动的对比基础上的图像增加了一个新的层面,对现有的光学显微镜对比机制。汽车成像方式的商业化提供给显微镜更多选项检查照明样品的微观细节。与新的对比来新的发现。这是令人兴奋怎么看CARS显微镜等技术,还可以扩大我们对微观世界的认识。