高分辨化学成像显微镜 mIRage，突破技术壁垒，引领多领域产出多篇高水平成果
发布日期：2025-04-25
随着科学研究的深入，传统成像技术已难以满足复杂样本的高精度分析需求。美国PSC公司研发的高分辨化学成像显微镜mIRage，凭借其特有的光学光热红外（O-PTIR）技术，突破了传统荧光和红外成像的局限，以亚微米级空间分辨率（~500 nm）实现无标记化学成像，成为环境科学、生命科学、药学、材料科学等领域的革命性工具。自Quantum Design中国将设备引入国内以来，mIRage已助力科研团队在微塑料检测、植物代谢研究、药物载药颗粒分析等领域取得多项突破性成果。
高分辨化学成像显微镜——mIRage
mIRage的特有优势：
• 亚微米空间分辨的红外光谱和拉曼成像（~500 nm）；
• 与透射模式相媲美的反射模式下的图谱效果；
• 非接触测量模式—使用简单快捷，无交叉污染风险；
• 很少或无需样品制备过程(无需薄片), 可测试厚样品；
• 可透射模式下观察溶液中的样品；
• 实现同时同地相同分辨率的IR和Raman测试；
• 荧光显微成像实现荧光标记样品快速定位。
1. 生命科学：植物与真菌代谢的微观解密
技术挑战：传统成像技术难以实现植物细胞壁纤维素、木质素的无标记高分辨成像，且无法动态追踪真菌代谢过程。
mIRage解决方案：
· 植物细胞壁成像：如下图所示，法国INRAE团队利用mIRage结合原子力显微镜（AFM），突破性的在亚微米尺度（500 nm）揭示了番茄果实角质层的化学梯度（脂质、多糖、酚类化合物）与力学性能的关联，发现中央凹槽区域的低弹性模量与其化学异质性直接相关（New Phytologist）。
· 真菌纤维素代谢：在真菌Paxillus involutus分解纤维素的研究中，mIRage精准定位菌丝周围6.3 µm的氧化分解区，通过1,100-950 cm⁻¹波数信号变化，动态展示了纤维素氧化产物的空间分布（见下图）。
技术亮点：
非接触式检测避免样本损伤，支持含水细胞动态观测；
同步红外光谱分析，直接关联化学变化与生物功能。
2. 药学与纳米医学：载药系统的精准设计与验证
技术挑战：药物载体成分分布不均、外源污染检测困难，传统红外技术分辨率不足。
mIRage解决方案：
· 糖尿病长效治疗：如下图所示，中科院过程工程研究所开发利拉鲁肽缓释微球，通过mIRage验证药物（1657 cm⁻¹酰胺峰）与PLA载体（1755 cm⁻¹ C=O峰）的均匀分布，载药量＞8%，体外释放周期达1个月（ACS Applied Materials & Interfaces）。
· 非酒精性脂肪肝新疗法：如下图所示，中国医学科学院团队构建阿托伐他汀-益生元纳米颗粒（PANA），mIRage光谱成像（1,523 cm⁻¹羰基峰）证实药物与菊粉基质的分子级混合，显著提升肝脏靶向效率（Small Structures）。
技术亮点：
亚微米分辨率（500 nm）直接观测纳米颗粒内部化学成分；
非破坏性检测兼容溶液环境，支持药物释放过程实时监控。
3. 环境与健康：微塑料污染的精准溯源与生物效应
技术挑战：微塑料在生物组织内的检测受限于标记干扰与低分辨率，环境样本分析效率低下。
mIRage解决方案：
· 生物组织内定位：如下图所示，中国科学院团队利用mIRage在小鼠睾丸组织中检测到聚乙烯纳米塑料（PE-NPs），通过特征峰（2917 cm⁻¹ CH₂振动）成像揭示其跨代生殖毒性机制（ACS Nano, IF 15.8）。
· 食品与环境监测：如下图所示，中国农业大学建立玉米粉微塑料原位检测方法，以0.5 µm分辨率识别600 nm颗粒，10分钟内完成1000 µm²区域扫描，检测限达痕量级（Science of the Total Environment）。
技术亮点：
无需荧光标记，直接通过分子振动光谱区分微塑料与生物基质；
高通量成像结合机器学习，实现复杂样本中微塑料的快速分类统计。
除了上述应用外，mIRage这一荧光、红外、拉曼三合一的化学成像显微还在多个科研领域有所应用：
1. 环境微塑料
微塑料颗粒（~600 nm）的O-PTIR光谱及成像分析
(引自Microscopy Today, 2022, 17, 3, 76-85)
2. 高分子材料
1210 cm-1处采集的PP/PTFE的O-PTIR光谱和显微图像
(引自Materials & Design, 211 (2021), 17, 110157)
3. 半导体
薄膜晶体管显示器中污染物的O-PTIR分析
器件表面缺陷的红外和拉曼光谱同步（同时间、同位置）分析
(引自Microscopy Today, 2020, 28, 3, 26-36)
4. 生命科学
脑组织的明场显微图像、O-PTIR光谱及成像分析
5. 文物鉴定
柯罗19世纪绘画作品中锌皂异质性的O-PTIR显微光谱及成像分析
(引自Anal. Chem. 2022, 94, 7, 3103–3110)
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