非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统—mIRage

非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统—mIRage

    一款划时代的新型红外光谱系统!

美国PSC (Photothermal Spectroscopy Corp, 前身Anasys公司)最新发布的一款应用广泛的非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统。基于独家专利的光热诱导共振(PTIR)技术,mIRage产品突破了传统红外的光学衍射极限,其空间分辨率高达500 nm,可以帮助科研人员更全面地了解亚微米尺度下样品表面微小区域的化学信息。

O-PTIR (Optical Photothermal Infrared) 光谱是一种快速简单的非接触式光学技术,克服了传统IR衍射的极限。与传统FTIR不同,不依赖于残留的IR 辐射分析,而通过检测由于本征红外吸收引发的样品表面快速的光热膨胀或收缩,来反映微小样品区域的化学信息。

亚微米尺度的红外光谱和成像分析, 无需复杂的制样过程,还可与拉曼光谱联用,实现同时同地相同分辨率的IR和Raman测试,且无荧光风险,能够帮助研究者更快速全面的确定所分析有机样品的化学组成信息

mIRage工作原理:

 

• 可调的脉冲式中红外激光汇聚于样品表面,并同时发射与红外激光共线性的532 nm的可见探测激光;
• 当IR吸收引发样品材料表面的光热效应,并被可见的探测激光所检测到;
• 反射后的可见探测激光返回探测器,IR信号被提取出来;

• 通过额外地检测样品表面返回的拉曼信号,可以实现同时的拉曼测量。

 

O-PTIR克服了传统红外光谱的诸多不足: 

• 空间分辨率受限于红外光光波长,只有10-20 µm
• 透射模式需要复杂的样品准备过程,且只限于薄片样品

• 无传统ATR模式下的散射像差和接触污染

 

O-PTIR的优势之处在于: 

• 亚微米空间分辨的IR光谱和成像(~500 nm),且不依赖于IR波长
• 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
• 可透射模式下观察液体样品

• 实现同时同地相同分辨率的IR和Raman测试,无荧光风险


mIRage 技术参数: 


波谱范围模式探针激光样品台最小步长样品台X-Y移动范围
IR (1850-800 cm-1)反射532 nm100 nm110*75 mm
IR (3600-2700 cm-1)透射
Raman (3900-200 cm-1)反射


 


■   科学家借助mIRage首次成功直观揭示神经元中淀粉样蛋白聚集机理


老年神经退行性疾病,如阿尔茨海默症(AD)、肌萎缩性侧索硬化症、Ⅱ型糖尿病等,目前困扰着全世界大约5亿人,且这个数字仍在不断迅速增长。尤其是阿尔兹海默症(占70%以上),目前仍未有行之有效的诊断方法,因此无法得到有效的治疗或预防。尽管当代病理学研究已经证实这种病理变化与具有神经毒性的β淀粉样蛋白质的聚集有关,但其在神经元或脑组织中的聚集机制目前尚不清楚。现有的方法, 如电子显微镜、免疫电子显微镜、共聚焦荧光显微镜、超分辨显微镜,通常都需要对样品进行化学加工(标记染色等),可能会对淀粉样蛋白结构本身造成影响。而非标记方法,如表面增强拉曼光谱(SERS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR), 前者受限于亚细胞水平上的低信噪比、自发荧光及不可逆的光损伤,后者其空间分辨率受限于红外光波长(≈5–10 μm),且光谱可解译性和准确性受到弹性细胞光散射所产生的米氏散射效应(Mie scattering effects)的严重影响,使得直接在亚微米尺度上研究淀粉样蛋白质在神经元内的聚集行为十分困难。


近日,瑞典隆德大学的Klementieva教授团队与美国PSC公司的Mustafa Kansiz博士合作,使用全新非接触式亚微米分辨红外测量系统,在亚微米尺度上研究了淀粉样蛋白沿着神经突直到树突棘的聚集行为(图1B和C),这是以往的实验技术手段所不可能实现的该技术是在非接触模式下工作,不会对神经元造成损伤,这在研究脆弱或粘性的物质时显得尤为重要。另外,该技术还能获得亚微米尺度的红外光谱,且不含由于背景失真或米氏散射造成的散射伪影。最新的技术进步表明,全新的非接触式亚微米分辨红外测量系统mIRage现在可以用来做活细胞成像,并保持相同的亚微米空间分辨率。在这种情况下,全新的非接触式亚微米分辨红外测量系统有望在β片层结构在活神经元的突触附近的化学成像中发挥关键作用,并提供一个新的机会来研究神经毒性淀粉样蛋白如何从一个患病的神经元传播到一个健康的神经元,揭示阿尔茨海默症的形成和发展机制。该工作发表在2020年的Advanced Sciences上(DOI: 10.1002/advs.201903004)。

           

图1. (A) 美国PSC公司非接触式亚微米分辨红外测量系统mIRage实物图;(B)亚微米红外成像示意图:神经元树突的AFM形貌图,其中神经元直接在CaF2基底下生长。mIRage采用两束共线性光束: 532 nm可见(绿色)提取光束和脉冲红外(红色)探测光束,样品的光热响应被检测为样品由于对脉冲红外光束的吸收而引发的绿色光部分强度的损失,使红外检测的空间分辨率提高到≈500 nm. (C) 小鼠大脑皮层初级神经元, 在CamKII促进下表达为tdTomato荧光蛋白,使得神经元结构填满红色,图片标尺为20 μm。(D) 图C区域放大图片,箭头指示树突上的神经元刺。



更多详细信息请参考:https://qd-china.com/zh/news/detail/2003031055084


参考文献:Super‐Resolution Infrared Imaging of Polymorphic Amyloid Aggregates Directly in Neurons.




更多应用案例,请您致电 010-85120280 或 写信至 info@qd-china.com 获取。


1、多层薄膜

 

 

高光谱成像: 1 sec/spectra. 1 scan/spectra
样品区域尺寸:20 µm x 85 µm size. 1 µm spacing. 
图谱中可以明显看出在不同区域上的羰基,氨基以及CH2 拉伸振动的分布

 

2、高分子膜缺陷


 

左:尺寸为240 µm的两层薄层上缺陷的光学图像;

右:在无缺陷处(红色)和缺陷处(蓝色)的样品的IR谱图,998 cm-1处为of isotactic polypropylene 的特征红外吸收峰

 

 

3、生命科学 

 

左:70*70 µm范围的血红细胞的光学照片;中:红色条框区域在1583cm-1处的Raman照片;右:红血细胞选择区域的同步的IR和Raman图谱

 

 

上左:水中上皮细胞的光学照片;
上右:目标分子能够在红外光谱上很容易的区分和空间分离,可以明显看到0.5-1.0 µm的脂肪包体;
下:原理示意图:红外光谱测量使用透射模式,步长为0.5 µm

 

4、医药领域

 

 

左:PLGA高分子和Dexamethasone药物分子的混合物表面的光学照片
中:在1760 cm-1 出的高光谱图像,显示了 PLGA在混合物中的分布,图像尺寸40 µm * 40 µm 

右:在1666 cm-1 出的高光谱图像,显示了 Dexamethasone在混合物中的分布,图像尺寸40 µm *40 µm

 

 

5、法医鉴定

 

 

左:800 nm纤维的光学照片

右:纳米纤维不同区域的O-PTIR图谱

 

6、其他领域

 

•  故障分析和缺陷
•  微电子污染
•  食品加工
•  地质学 

•  考古和文物鉴定


[1] Ji-Xin Cheng et al., Sci. Adv. 2016, 2, e1600521.

[2] Ji-Xin Cheng et al., Anal. Chem. 2017, 89, 4863-4867.

[3] Label-Free Super-Resolution Microscopy. Springer, Biological and Medical Physics, Biomedical Engineering.

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