美國(guó)PSC mIRage-LS

超高分辨活細(xì)胞熒光紅外顯微成像系統(tǒng)

產(chǎn)品簡(jiǎn)介:  

【產(chǎn)品特點(diǎn)】

　　☆  熒光紅外共定位成像分析

　　☆  亞微米尺度紅外拉曼分辨率

　　☆  紅外拉曼同步測(cè)量

　　☆  非接觸式測(cè)量，同時(shí)支持透射、反射模式并且無(wú)米氏散射問(wèn)題

　　☆  可測(cè)試活細(xì)胞(液體環(huán)境)

【優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域】

單細(xì)胞分析：

　　☆  正常/患病細(xì)胞分化

　　☆  藥物-細(xì)胞相互作用

　　☆  細(xì)胞內(nèi)(脂滴) 成像研究

組織分析：

　　☆  細(xì)胞分型

　　☆  鈣化、疾病狀態(tài)區(qū)分

　　☆  膠原蛋白取向

細(xì)菌觀測(cè)：

　　☆  單細(xì)菌鑒定

　　☆  細(xì)菌代謝研究

【光學(xué)光熱紅外O-PTIR在生命科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的顯著優(yōu)勢(shì)】

　　☆  亞微米級(jí)的空間分辨率；

　　☆  可直接獲取液體中活細(xì)胞的紅外成像；

　　☆  靈敏度高，可直接觀測(cè)單細(xì)胞 (如細(xì)菌、哺乳動(dòng)物細(xì)胞等)；

　　☆  無(wú)米氏散射干擾，即使在細(xì)胞邊緣也不受影響；

　　☆  超高光譜分辨率；

　　☆  無(wú)需直接接觸即可測(cè)量軟組織的紅外光譜；

　　☆  可實(shí)現(xiàn)紅外和拉曼同步測(cè)量；

　　☆  可實(shí)現(xiàn)超過(guò)10 μm厚的樣品測(cè)試，直接置于載玻片上觀察分析；

　　☆  可配置極化的紅外光源

超分辨紅外技術(shù)O-PTIR

理想空間分辨率橫向?qū)Ρ?(FTIR, QCL and O-PTIR microscopes)

專為生物樣本設(shè)計(jì)的新型“雙區(qū)(C-H/FP)”QCL

新型“雙區(qū)(C-H/FP)”QCL能夠在在一臺(tái)設(shè)備中同時(shí)涵蓋了C-H拉伸和指紋區(qū) (3000-2700、1800-950cm-1) 反射模式下收集的O-PTIR光譜在數(shù)據(jù)庫(kù)(Wiley KnowItAll)搜索結(jié)果，匹配率超過(guò)95%。

【應(yīng)用案例】

1. 熒光成像與O-PTIR聯(lián)合表征

　　熒光成像對(duì)于分子生物學(xué)機(jī)制的研究具有十分重要的意義，而傳統(tǒng)紅外很難原位測(cè)量細(xì)胞的紅外圖譜，因此無(wú)法將蛋白定位與原位細(xì)胞的紅外圖譜進(jìn)行原位疊合，這對(duì)于紅外在生物學(xué)的機(jī)制研究中的應(yīng)用十分不利。而O-PTIR能夠直接在不損傷細(xì)胞的情況下測(cè)量不同區(qū)域的紅外圖譜，與熒光圖像相結(jié)合探究蛋白結(jié)構(gòu)與分布上的變化。

圖1. 阿爾茲海默癥腦組織切片樣品，左側(cè)白光圖，中間熒光圖，右側(cè)O-PTIR在中圖中的紅色與藍(lán)色區(qū)域的采集的紅外圖譜

2. 感染瘧原蟲的紅細(xì)胞表征

　　瘧原蟲屬寄生蟲引起的瘧疾是威脅生命的主要疾病之一，而瘧原蟲引發(fā)的感染周期十分復(fù)雜，因此在細(xì)胞和分子水平觀察瘧原蟲的變化對(duì)于研究瘧原蟲的致病有著重要意義。Agnieszka M. Banas等人通過(guò)使用O-PTIR對(duì)瘧原蟲感染的紅細(xì)胞在亞微米尺度的分子特征變化進(jìn)行了表征，結(jié)果顯示正常紅細(xì)胞的蛋白呈現(xiàn)環(huán)狀分布，而感染后的紅細(xì)胞蛋白質(zhì)則呈現(xiàn)無(wú)規(guī)則分布。通過(guò)對(duì)比傳統(tǒng)FTIR與基于O-PTIR技術(shù)能夠發(fā)現(xiàn)，O-PTIR能夠提供更為詳細(xì)的圖像分辨率并且能夠測(cè)量紅細(xì)胞不同位置的光譜信息。而傳統(tǒng)FTIR受制于米氏散射限制，效果較差。

圖2. 對(duì)比FTIR與O-PTIR對(duì)紅細(xì)胞成像的結(jié)果：(a)紅細(xì)胞的白光圖；(b)圖a中紅色方塊放大的區(qū)域；(c,e)FTIR的蛋白/脂質(zhì)空間分布的紅外成像；(d,f)O-PTIR的蛋白/脂質(zhì)空間分布的紅外成像；(g)紅細(xì)胞的FTIR紅外光譜；(h)紅細(xì)胞的O-PTIR紅外光譜;(g,i)瘧原蟲感染紅細(xì)胞和正常紅細(xì)胞的PCA（PC1&PC2，PC1&PC3）得分；(h,j)瘧原蟲感染紅細(xì)胞和正常紅細(xì)胞的PCA（PC1&PC2，PC1&PC3）得分

　　參考文獻(xiàn)：B. [Malaria] “Comparing infrared spectroscopic methods for the characterization of Plasmodium falciparum-infected human erythrocytes” (Nature Communication Chemistry, https://doi.org/10.1038/s42004-021-00567-2). Advantages: 1, 3, 4, 5, 6

3. 單個(gè)病毒的紅外成像

　　受制于紅外極限分辨率的限制，單個(gè)病毒的紅外光譜成像一直以來(lái)都是十分困難的，對(duì)于只有100 nm左右的病毒進(jìn)行紅外光譜成像顯得十分無(wú)力。Yi Zhang等人使用O-PTIR技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)痘病毒進(jìn)行了檢測(cè)，并成功觀測(cè)到了病毒的外形，同時(shí)對(duì)病毒表面的蛋白的光譜進(jìn)行了表征。

圖3. 單個(gè)痘病毒的光譜和成像表征。(a)痘病毒的干涉散射圖像；(b)痘病毒1550cm-1波數(shù)下的MIP圖像；(c)痘病毒1650cm-1波數(shù)下的MIP圖像；(d)隨機(jī)選取病毒上4個(gè)點(diǎn)的光譜

　　參考文獻(xiàn)：“Vibrational Spectroscopic Detection of a Single Virus by Mid-Infrared Photothermal Microscopy” (Analytical Chemistry,  https://dx.doi.org/10.1021/acs.analchem.0c05333). Advantages: 1, 3, 4, 5, 6

4. 光學(xué)光熱紅外O-PTIR與Raman光譜協(xié)同分析固定或活的單細(xì)胞

　　英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的Peter Gardner教授近期發(fā)表了他們關(guān)于活(和固定)細(xì)胞振動(dòng)光譜分析的研究結(jié)果。作者使用光學(xué)光熱紅外O-PTIR與Raman光譜，并借助于兩個(gè)激發(fā)源（QCL和OPO激光器），對(duì)細(xì)胞進(jìn)行了寬光譜范圍的覆蓋，從而使所有與生物學(xué)相關(guān)的分子振動(dòng)都能被檢測(cè)到，且保持一致的亞微米的空間分辨率。此外，紅外光譜采集與拉曼光譜有效的結(jié)合起來(lái)，在相同的激發(fā)位置，形成振動(dòng)互補(bǔ)，得到一套完整的振動(dòng)光譜信息。如下圖所示，該紅外和拉曼的組合方式可以用來(lái)分析液體環(huán)境中固定或活細(xì)胞的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，其中的蛋白質(zhì)二次結(jié)構(gòu)及富脂體均可以在亞微米尺度上被有效地識(shí)別出來(lái)。

圖4. O-PTIR觀測(cè)固定未染色MIA PaCa-2細(xì)胞成像。(a)固定的未染色的MIA PaCa-2細(xì)胞的光學(xué)圖像；(b)紅色方塊區(qū)域的放大圖像；(c)OPO波束段的O-PTIR紅外光譜；(d)QCL波束段O-PTIR的紅外光譜；(e)黑色區(qū)域的拉曼和紅外光譜

　　參考文獻(xiàn)：D. [Mammalian cancer cell] “Analysis of Fixed and Live Single Cells Using Optical Photothermal Infrared with Concomitant Raman Spectroscopy” (Analytical Chemistry, https://dx.doi.org/10.1021/acs.analchem.0c04846). Advantages: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

5. O-PTIR與S-XRF聯(lián)用探究阿爾茲海默癥

　　阿爾茲海默癥（AD）是老年癡呆癥常見的病癥之一，而淀粉樣β蛋白沉淀是引發(fā)AD的重要病因之一，因此對(duì)于淀粉樣β蛋白分布的研究就顯得十分重要。Nadja Gustavsson等人通過(guò)O-PTIR成功觀測(cè)到了神經(jīng)中的淀粉樣β蛋白分布，并且結(jié)合S-XRF分析發(fā)現(xiàn)鐵簇與淀粉樣β-折疊結(jié)構(gòu)和氧化的脂質(zhì)存在共定位關(guān)系。這項(xiàng)研究充分預(yù)示了O-PTIR/S-XRF聯(lián)合技術(shù)可在AD疾病的研究中發(fā)揮重要作用。

圖5. 單個(gè)神經(jīng)元的O-PTIR與X光熒光成像。（a）單個(gè)神經(jīng)元的光學(xué)（左）與O-PTIR圖像（中和右）；（b）神經(jīng)元上銅、鐵的分布；（c）鐵與蛋白疊合圖；（d）鐵與脂質(zhì)的疊合圖

【測(cè)試數(shù)據(jù)】

單細(xì)胞分析

　　☆  正常/患病細(xì)胞分化

　　☆  藥物-細(xì)胞相互作用

　　☆  細(xì)胞內(nèi)(脂滴) 成像研究

細(xì)胞內(nèi)的熒光+紅外共定位分析

　　利用熒光同時(shí)觀測(cè)細(xì)胞結(jié)構(gòu)和細(xì)胞中的脂滴分布，研究脂滴在細(xì)胞中的共定位分析，提供潛在活體無(wú)標(biāo)記相互作用分析數(shù)據(jù)。

磷脂成像 (2856cm-1(CH2) / 2874cm-1(CH3) 100 nm pixel size. ~5 mins. 熒光染色細(xì)胞核（藍(lán)色），蛋白（紅色））

活體細(xì)胞的組分分布分析

磷脂成像，可觀測(cè)活細(xì)胞內(nèi)的脂滴的分布并且基本不會(huì)受到水的干擾，這是傳統(tǒng)紅外所難以達(dá)到的。 (2856cm-1(CH2)/ 2874cm-1(CH3) 100 nm pixel size. ~5 mins.）

固定細(xì)胞的組分分布分析

磷脂成像沒可觀測(cè)到細(xì)胞內(nèi)的脂滴分布情況。 (2856cm-1(CH2)/ 2874cm-1(CH3) 100 nm pixel size. ~5 mins.）

組織分析

　　☆  細(xì)胞分型

　　☆  鈣化、疾病狀態(tài)區(qū)分

　　☆  膠原蛋白取向

組織切片分析觀測(cè)

腫瘤組織鈣化分析1050cm-1，傳統(tǒng)的FTIR只有大約12微米的空間分辨率，這往往比實(shí)際特征大得多，這就是為什么以前沒有看到如此小的局部鈣化。

細(xì)菌觀測(cè)

　　☆  單細(xì)菌鑒定

　　☆  細(xì)菌代謝研究

紅外拉曼聯(lián)合細(xì)菌表征，可以同時(shí)觀測(cè)到細(xì)菌的紅外和拉曼圖譜