应用生物科学中大大受益于亚微米红外显微镜,实现新技术的光学光热亚博老虎机网登录光谱分析红外光谱学(O-PTIR)
图片来源:光热光谱分析光谱
全球健康变化作为生命科学研究和技术发展的结果,而这些进步有潜力提供创新和改进的方法来促进健康的全球人口。亚博老虎机网登录
这些发展鼓励不断增长的公共和私人资金为生命科学的研究中,驾驶人员升级现有的分析和科学研究工具和先进的方法、模型和算法来支持这些科学发现。亚博老虎机网登录
生命科学的亚博老虎机网登录研究生物,包括人类,植物和动物。了解细胞和生物分子的化学分子组成组件和流程支持这些最近的发现至关重要。
有几种方法可用于研究这些分子过程和化学结构。生命科学一个至关重要的技术关键是荧光显微法,各应用领域提供高分子特异性。亚博老虎机网登录然而,荧光成像技术是有限的能力提供化学分子结构信息。
广泛的高分子和空间特征特性,解决红外(IR)和拉曼光谱和成像系统是行之有效的方法在生命科学的研究。亚博老虎机网登录
他们被用于不同的应用领域,如单个细胞的生化环境的研究,观察细胞如何应对药物,制药工业和过程和质量控制。
对生命的研究,传统的红外受限制的空间分辨率。荧光干扰限制使用拉曼光谱与荧光显微镜。
许多传统的根本局限性红外生命科学应用克服了O-PTIR光谱学,也提供了良好的互补性与拉曼光谱与荧光显微镜,现在完全集成。亚博老虎机网登录
本文突出了一些高价值的生命科学的应用,提出了独特的O-PTIR与拉曼光谱和荧光技术及其集成技术为亚博老虎机网登录生命科学的应用。
新型红外技术拉曼和红外光谱和成像
虽然目前传统的红外和拉曼光谱方法有有益的方面,他们也有一些缺陷,防止他们被广泛应用于生命科学研究的主流。亚博老虎机网登录
主要的局限性红外光谱学包括低空间分辨率(10 - 20微米),冲水吸光度限制活细胞分析和光谱扭曲(米氏散射),经常取决于样品形态,除了化学。
尽管拉曼光谱water-compatible,一个优秀的空间分辨率(< 1微米),它经常遭受自体荧光可以掩盖弱拉曼信号的问题。
拉曼是一个薄弱的现象,因为它经常遭受低信噪比,需要测量持续时间长。
图1所示。mIRage-LS sub - 500纳米红外复合显微镜。图片来源:光热光谱分析光谱
最近引入的O-PTIR与同步拉曼光谱学的能力,传统的红外和拉曼光谱问题已经解决。O-PTIR现在可以实现亚微米红外空间分辨率,没有散射的工件,并water-compatible能够同时提供红外和拉曼光谱,在相同的地点提供同一空间分辨率的同时。
这使得它可以利用真正的化学互补性的红外和拉曼第一次增效剂。这些方法提供亚细胞分辨率结合拉曼光谱和荧光成像的分辨率,并且可以提供广泛的高分子生物相关的空间尺度上表征(< 500海里)。
第一次的宽视野epi-fluorescence成像同时进入亚微米红外+拉曼平台与mIRage-LS产品使样本登记这些方法的自由组合成一个单一的工具,预示着生命科学研究的进步。亚博老虎机网登录
这部小说产品允许研究人员真正利用这两个技术与强大的协同效应,获得额外的信息和见解不使用技术的同时验证现有生命科学工作流。亚博老虎机网登录
包括新的counter-propagating模式,进一步提高了红外空间分辨率,开放新的O-PTIR光谱学申请。
图2。O-PTIR Co-propagating技术概述。形象信誉:光热光谱分析光谱集团
打破了红外空间决议障碍与O-PTIR
随着O-PTIR显微镜,红外光谱的10 - 20微米的空间分辨率限制已经被移除,使红外用于sub-micrometer空间分辨率,高分辨率(< 500海里)化学结构成像和光谱细胞和亚细胞结构。
O-PTIR反射模式有限公司-传播技术
这项技术是如图2所示。
- 脉冲,可调红外激光源(泵)主要是通过反射(卡塞格林)目标。
- 红外光束集中在10 - 20µm(衍射极限位置)
- 同线的引入可见激光,通常532海里的绿色激光拉曼激发(探针),主要是通过相同的目标。
- 绿激光光波可以集中到30 x泰现货在500纳米左右,让它只关注的是蓝色区域。
- 红外激光波长的函数调整,绿色的反射(或透射)激光检测。
- 当红外波长重叠的吸收带样本,能量被吸收,导致光照反应和绿色反射率的变化。
- 同时监控绿激光反射率同时调优红外源wavelenghts创建一个红外光谱响应。
- 固定频率成像或高光谱数据集访问映射化学官能团分布。
亚微米红外空间分辨率,红外光谱被记录通过间接检测反射(或透射)532 nm激光可见。高质量(信噪比)红外光谱可以收集在几秒钟。
O-PTIR计数器传播技术
图3展示了将一个新的高空间分辨率红外模式被称为“counter-propagating”,另一个重大进步mIRage-LS平台。使用正则大功率玻璃目标作为探针交付和收集光学是增加空间分辨率的关键推动者。
在“co-propagating”模式相比,可见红外泵和探测光束集中使用反映卡塞格伦望远镜光学、两束分离,红外光束被引导通过样品的底部。这使得使用大功率玻璃目标探测光束的传递和收集。
图3。计数器传播模式。红外光线到达从底部和探针激光测量示例响应从顶部NA可见高的目标。图片来源:光热光谱分析光谱
counter-propagating方法使所有O-PTIR的好处而显著增加空间分辨率和实验多才多艺,能够利用蘸水和油浸的目标。图4描述了其中的一些小说形式的功能。
图4。Counter-propagating模式提供了应用程序的灵活性与一组广泛的ups示例演示。图片来源:光热光谱分析光谱
同时拉曼/ O-PTIR原理e的操作
的mIRage-unique LS的想法和设计,如图5所示,允许拉曼和O-PTIR操作同时在同一地区的样本,与相同的空间分辨率。
研究人员可以使用这两种方法的互补性,并提供一个确认的光谱信息更精确的结果与这些同步量测功能。
图5。概要描述了O-PTIR和拉曼仪器相结合。图片来源:光热光谱分析光谱
海市蜃楼LS原理e的操作O-PTIR和荧光显微镜
图6描述了系统配置为O-PTIR亚微米红外显微镜相结合,与荧光显微镜共存。脉冲红外光束集中在样品的底部counter-propagating模式。荧光和可见光探测光束路径是通过显微镜物镜使共存共线的测量。
图6。显微镜原理O-PTIR和共存的荧光显微镜。图片来源:光热光谱分析光谱
O-PTIR使用高分辨率红外光谱和成像量化荧光显微镜使用相同的属性与高特异性分子识别感兴趣的生物分子。
适应各种应用荧光,荧光的相机有一个照明组件brightfield过滤数据集和其他七个过滤数据集的能力。
细胞,蛋白质,组织应用程序与O-PTIR和结合技术
神经胶质瘤细胞使用Counter-Propagating模式特征
图7描述了神经胶质瘤细胞的染色与G3BP1蛋白质压力颗粒,核DAPI, BODIPY脂质。
一个篮板覆盖宽视野图像数字化的红色显示蛋白质压力颗粒,蓝色揭示核,和绿色表明脂质左侧所示。广场标记显示O-PTIR光谱收集网站。brightfield图像位于右边。
O-PTIR光谱,收集在几秒钟内从左和右窗格中出现的标记位置,位于底部。可以观察到明显的光谱变化符合预期的亚细胞性质。酰胺的轻微变化我带压力的蛋白质颗粒,这表明一个独特的蛋白质二级结构的其他地方,尤为引人关注。
图7。Fluorescence-guided彩色神经胶质瘤细胞和相应的O-PTIR光谱。图片来源:光热光谱分析光谱
血细胞——单层使用红外+拉曼测量
图8描绘一个红外+拉曼研究单层的红细胞中收集co-propagating从玻璃表面显微镜幻灯片模式。左边的面板图片显示一个光学图像的70µm x 70µm地区收集拉曼形象,假彩色显示在1583厘米1使用532 nm激发。
底部O-PTIR和拉曼光谱在底部是获得从一个选定的红细胞(sub-micrometer决议)。这个例子明显证明了红外光谱和拉曼光谱的互补性。血红蛋白乐队主导O-PTIR频谱,而血红素集团resonance-enhanced卟啉环振动主导拉曼光谱。
图8。单层的红细胞,拉曼形象和相应的O-PTIR和拉曼光谱。图片来源:光热光谱分析光谱
组织测量和O-PTIR共存荧光显微镜
在阿尔茨海默病小鼠模型脑组织切片,Amytracker 630被用来确定淀粉样蛋白聚集,AF488是用来强调蛋白质,DAPI被用来识别核。
图9。与荧光染色组织样本图像和光谱显示显著的光谱差异1631厘米1。图片来源:光热光谱分析光谱
图9描述了brightfield图像的左上角的彩色样本。
图9显示了篮板复合荧光图像,揭示了淀粉样蛋白聚集在红/橙色区域。一些淀粉样蛋白聚集荧光图像中识别中具有挑战性的辨别brightfield形象。
平均O-PTIR光谱(蓝色)和关闭(红色)总体如图9所示,从谱线轮廓显示在右边的面板中。酰胺我乐队,蛋白质β褶板结构特点,总体的平均频谱展览各种光谱差异和著名的光谱特征在1631厘米1。
这是亚微米O-PTIR光谱相结合的价值,然后提供分子成分的信息,在这种情况下,被特别敏感蛋白质二级结构,特征强度的红外光谱与荧光成像技术突出的淀粉样蛋白聚集区域,其中一些不能随时看到brightfield显微镜。
海水藻类
brightfield和自发荧光图像(650 nm, Em 690海里)使用50 x被抓获,0.8 NA客观epi-fluorescence模式。图10显示了如何自发荧光可以显示丰富的关联对比已知的亚细胞结构,而brightfield图像相对免费的特色。
由于其对比度比brightfield形象,这种自体荧光图像同时用于指导后续亚微米红外和拉曼观察。
尽管拉曼信号完全淹没在样品的自发荧光,高质量的红外光谱没有任何分散散射工件(典型的直接IR红外光谱和QCL显微镜等方法)可以在秒~ 500纳米点的生产样品。
一个简单的lipid-to-protein比率图像收购在1743厘米1和1655厘米1脂质和蛋白质利用单频成像模式,进一步探讨大分子分布。
图10。海水藻类样品显示测量位置与化学比相应的光谱图像(1743/1655厘米1)。图片来源:光热光谱分析光谱
这些结果证明该技术的潜力调查这样的样本与外部扰动,如营养消耗、营养物质的变化,以及暴露于化学品和药物。
单个细菌细胞使用同步O-PTIR和拉曼光谱
单个细菌细胞的同时O-PTIR CaF和拉曼光谱被收购了2衬底。图11的左上角,有一个可见的细菌细胞的形象。橙色框显示single-wavenumber红外图像在1655厘米1和50 nm步长被高亮显示蛋白质的吸收组件。
下面的图片显示同步亚微米O-PTIR和拉曼光谱从一个单个细菌细胞上的污点。O-PTIR光谱获得在一个单元,使用双QCL覆盖范围3000 - 2700和1800 - 950厘米1地区。O-PTIR光谱不进行后期处理,而拉曼光谱是基线校正。
图11。单个细菌细胞,红外图像和相应的从O-PTIR和拉曼光谱。图片来源:光热光谱分析光谱
固定细胞测量与石油浸客观的
油浸物镜(100 x 1.3 NA)是利用counter-propagating模式来衡量人类脸颊细胞的红外光谱和图像倒置的玻璃盖玻片展示最终的光学和红外空间分辨率。图12说明了红外特性中可以观察到小至285海里快速ultra-high-resolution图像采集获得的分子特定单频图像,在本例中为1740厘米1脂质。
尽管样品安装在玻璃、光谱并不完全被玻璃,与传统IR红外光谱和QCL显微镜等方法。相反,一个宽硅酸盐玻璃的特性观察,覆盖细胞核酸和碳水化合物的特征。同时,蛋白质和脂质区域保持玻璃完全没有任何贡献。
图12。脂质样本以1740厘米1显示一个特性与O-PTIR成像分辨率< 300海里。图片来源:光热光谱分析光谱
生活细胞水和O-PTIR水浸渍客观的
300年µm-thick CaF脸颊细胞产生2衬底。一滴水是放置在样例中,和一个反映Cassegrainian目标是在交付使用红外光线,可见水浸渍目的用于交付和收集探测光束在counterpropagating模式(参考右边的图4)。一个清晰的图像样本显示在图13的左上角。
图13。O-PTIR比率图像显示相应的脂质/蛋白质区域和测量光谱在指出的位置。图片来源:光热光谱分析光谱
橙色框表明地区single-wavenumber O-PTIR图像获得50纳米间距为1720和1650 cm1。右上角显示的比例这两个图像。比图片的红色/橙色部分反映脂质浓度较大的地区,而蓝色部分有更高的蛋白质含量。
底部图形显示单点完成O-PTIR光谱和适当的彩色光谱。虽然没有水背景调整,吸收光谱显示几乎没有水。
结论
本文演示了不同的生命科学的应用亚博老虎机网登录O-PTIR显微镜同时和影像结合拉曼和荧光测量。
mIRage-LS产品包含了同步测量亚微米O-PTIR和拉曼光谱宽视野epi-fluorescence成像,预示着生命科学研究的突破使sample-registration-free这些技术的组合成一个单一的工具。亚博老虎机网登录
这个突破允许研究人员利用这两个技术与强大的协同效应,获得额外的信息和见解不是获得,与现有的生命科学工作流技术本身而调整。亚博老虎机网登录
海市蜃楼产品概述
海市蜃楼®- - - - - -亚微米红外光谱。图片来源:光热光谱分析光谱
海市蜃楼®- r- - - - - -同时亚微米红外和拉曼光谱。图片来源:光热光谱分析光谱
海市蜃楼®- ls- - - - - -同时新< 500纳米红外拉曼和共存荧光。图片来源:光热光谱分析光谱
这些信息已经采购,审核并改编自光热光谱分析光谱集团提供的材料。亚博网站下载
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