高分辨化學(xué)成像顯微鏡mIRage助力生命科學(xué)、藥學(xué)、環(huán)境與健康領(lǐng)域

隨著科學(xué)研究的深入，傳統(tǒng)成像技術(shù)已難以滿足復(fù)雜樣本的高精度分析需求。美國PSC公司研發(fā)的高分辨化學(xué)成像顯微鏡mIRage，憑借其特有的光學(xué)光熱紅外（O-PTIR）技術(shù)，突破了傳統(tǒng)熒光和紅外成像的局限，以亞微米級空間分辨率（~500 nm）實現(xiàn)無標(biāo)記化學(xué)成像，成為環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)、藥學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域的革命性工具。自Quantum Design中國將設(shè)備引入國內(nèi)以來，mIRage已助力科研團(tuán)隊在微塑料檢測、植物代謝研究、藥物載藥顆粒分析等領(lǐng)域取得多項突破性成果。

高分辨化學(xué)成像顯微鏡——mIRage

 
mIRage的特有優(yōu)勢：

• 亞微米空間分辨的紅外光譜和拉曼成像（~500 nm）；
• 與透射模式相媲美的反射模式下的圖譜效果；
• 非接觸測量模式—使用簡單快捷，無交叉污染風(fēng)險；
• 很少或無需樣品制備過程(無需薄片), 可測試厚樣品；
• 可透射模式下觀察溶液中的樣品；
• 實現(xiàn)同時同地相同分辨率的IR和Raman測試；
• 熒光顯微成像實現(xiàn)熒光標(biāo)記樣品快速定位。

1. 生命科學(xué)：植物與真菌代謝的微觀解密

技術(shù)挑戰(zhàn)：傳統(tǒng)成像技術(shù)難以實現(xiàn)植物細(xì)胞壁纖維素、木質(zhì)素的無標(biāo)記高分辨成像，且無法動態(tài)追蹤真菌代謝過程。

mIRage解決方案：

· 植物細(xì)胞壁成像：如下圖所示，法國INRAE團(tuán)隊利用mIRage結(jié)合原子力顯微鏡（AFM），突破性的在亞微米尺度（500 nm）揭示了番茄果實角質(zhì)層的化學(xué)梯度（脂質(zhì)、多糖、酚類化合物）與力學(xué)性能的關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)中央凹槽區(qū)域的低彈性模量與其化學(xué)異質(zhì)性直接相關(guān)（New Phytologist）。

· 真菌纖維素代謝：在真菌Paxillus involutus分解纖維素的研究中，mIRage精準(zhǔn)定位菌絲周圍6.3 µm的氧化分解區(qū)，通過1,100-950 cm⁻¹波數(shù)信號變化，動態(tài)展示了纖維素氧化產(chǎn)物的空間分布（見下圖）。

 
技術(shù)亮點：

• 非接觸式檢測避免樣本損傷，支持含水細(xì)胞動態(tài)觀測；
• 同步紅外光譜分析，直接關(guān)聯(lián)化學(xué)變化與生物功能。

 
2. 藥學(xué)與納米醫(yī)學(xué)：載藥系統(tǒng)的精準(zhǔn)設(shè)計與驗證

技術(shù)挑戰(zhàn)：藥物載體成分分布不均、外源污染檢測困難，傳統(tǒng)紅外技術(shù)分辨率不足。

mIRage解決方案：

· 糖尿病長效治療：如下圖所示，中科院過程工程研究所開發(fā)利拉魯肽緩釋微球，通過mIRage驗證藥物（1657 cm⁻¹酰胺峰）與PLA載體（1755 cm⁻¹ C=O峰）的均勻分布，載藥量＞8%，體外釋放周期達(dá)1個月（ACS Applied Materials & Interfaces）。

· 非酒精性脂肪肝新療法：如下圖所示，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院團(tuán)隊構(gòu)建阿托伐他汀-益生元納米顆粒（PANA），mIRage光譜成像（1,523 cm⁻¹羰基峰）證實藥物與菊粉基質(zhì)的分子級混合，顯著提升肝臟靶向效率（Small Structures）。

 
技術(shù)亮點：

• 亞微米分辨率（500 nm）直接觀測納米顆粒內(nèi)部化學(xué)成分；
• 非破壞性檢測兼容溶液環(huán)境，支持藥物釋放過程實時監(jiān)控。

  
3. 環(huán)境與健康：微塑料污染的精準(zhǔn)溯源與生物效應(yīng)

技術(shù)挑戰(zhàn)：微塑料在生物組織內(nèi)的檢測受限于標(biāo)記干擾與低分辨率，環(huán)境樣本分析效率低下。

mIRage解決方案：

· 生物組織內(nèi)定位：如下圖所示，中國科學(xué)院團(tuán)隊利用mIRage在小鼠睪丸組織中檢測到聚乙烯納米塑料（PE-NPs），通過特征峰（2917 cm⁻¹ CH₂振動）成像揭示其跨代生殖毒性機(jī)制（ACS Nano, IF 15.8）。

· 食品與環(huán)境監(jiān)測：如下圖所示，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)建立玉米粉微塑料原位檢測方法，以0.5 µm分辨率識別600 nm顆粒，10分鐘內(nèi)完成1000 µm²區(qū)域掃描，檢測限達(dá)痕量級（Science of the Total Environment）。

 
技術(shù)亮點：

• 無需熒光標(biāo)記，直接通過分子振動光譜區(qū)分微塑料與生物基質(zhì)；
• 高通量成像結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)，實現(xiàn)復(fù)雜樣本中微塑料的快速分類統(tǒng)計。

 
除了上述應(yīng)用外，mIRage這一熒光、紅外、拉曼三合一的化學(xué)成像顯微還在多個科研領(lǐng)域有所應(yīng)用：

1.  環(huán)境微塑料

微塑料顆粒（~600 nm）的O-PTIR光譜及成像分析
(引自Microscopy Today, 2022, 17, 3, 76-85)

 
2. 高分子材料

1210 cm^-1處采集的PP/PTFE的O-PTIR光譜和顯微圖像
(引自Materials & Design, 211 (2021), 17, 110157)

 
3. 半導(dǎo)體

薄膜晶體管顯示器中污染物的O-PTIR分析

器件表面缺陷的紅外和拉曼光譜同步（同時間、同位置）分析
(引自Microscopy Today, 2020, 28, 3, 26-36)

 
4. 生命科學(xué)

腦組織的明場顯微圖像、O-PTIR光譜及成像分析

 
5. 文物鑒定

柯羅19世紀(jì)繪畫作品中鋅皂異質(zhì)性的O-PTIR顯微光譜及成像分析
(引自Anal. Chem. 2022, 94, 7, 3103–3110)

 
樣機(jī)體驗

為了更好地服務(wù)中國客戶，Quantum   Design 中國子公司在北京建立了專業(yè)的客戶服務(wù)中心，引入了非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統(tǒng)！歡迎各位老師通過電話：010-85120280、郵箱：info@qd-china.com 、點擊此處垂詢。