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浙江大學(xué)開發(fā)出一種新型振動成像技術(shù) 據(jù)《先進(jìn)光子學(xué)》刊載的一項(xiàng)研究顯示，我國浙江大學(xué)張德龍教授領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種新型振動成像技術(shù)，標(biāo)志著該領(lǐng)域取得重大突破。該技術(shù)為納米尺度化學(xué)與生物研究的深入探索開辟了新路徑。 超分辨率顯微技術(shù)雖能實(shí)現(xiàn)對納米尺度環(huán)境的精細(xì)觀測，但其依賴熒光標(biāo)記的特性導(dǎo)致化學(xué)信息獲取受限，主要局限于結(jié)構(gòu)特征的解析。為突破這一技術(shù)瓶頸，基于分子特征化學(xué)鍵識別的振動成像方法應(yīng)運(yùn)而生，該技術(shù)無需標(biāo)記即可實(shí)現(xiàn)無損檢測。 此類技術(shù)通過探測樣品吸收中紅外光引發(fā)的物理變化實(shí)現(xiàn)分子識別，包括溫度誘導(dǎo)的聲學(xué)信號或熱吸收導(dǎo)致的折射率變化等。然而現(xiàn)有方法普遍面臨信噪比較低的困境，難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)高化學(xué)對比度與高空間分辨率。 新近開發(fā)的結(jié)構(gòu)光照中紅外光熱顯微術(shù)（SIMIP）有效克服了上述限制，其分辨率較傳統(tǒng)顯微技術(shù)實(shí)現(xiàn)倍增突破。該技術(shù)通過創(chuàng)新性融合結(jié)構(gòu)光照明顯微術(shù)（SIM）的物理增強(qiáng)機(jī)制與中紅外光熱檢測（MIP）的化學(xué)特異性優(yōu)勢，成功構(gòu)建出兼具亞細(xì)胞級空間分辨率與化學(xué)指紋識別能力的成像平臺。  SIMIP能夠生成富含化學(xué)信息和空間信息的高分辨率圖像 浙江大學(xué)張德龍教授說：“SIMIP顯微技術(shù)通過融合結(jié)構(gòu)光照明顯微術(shù)（SIM）與中紅外光熱檢測（MIP）的雙重原理實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新。 其中，中紅外光熱檢測模塊賦予系統(tǒng)化學(xué)鍵特異性識別能力，而結(jié)構(gòu)光照明顯微組件則通過條紋投影的物理增強(qiáng)機(jī)制，使樣品空間分辨率突破傳統(tǒng)光學(xué)極限。” 該系統(tǒng)采用量子級聯(lián)激光器（QCL）來激發(fā)特定的化學(xué)鍵，從而實(shí)現(xiàn)局部加熱，降低附近熒光分子的亮度。一臺488納米連續(xù)波激光器和一臺空間光調(diào)制器（SLM）生成條紋光圖案，這些圖案以不同角度投射到樣品上。 這些圖案會產(chǎn)生莫爾條紋，將高頻特征編碼為科學(xué)級互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（sCMOS）相機(jī)可檢測到的低頻可觀測信號。通過對比有振動吸收和無振動吸收時(shí)捕獲的圖像，SIMIP（結(jié)構(gòu)光照明顯微術(shù)與光熱紅外顯微術(shù)結(jié)合技術(shù)）能夠重建出同時(shí)提供空間信息和化學(xué)信息的高分辨率圖像。 在概念驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)采用Hessian SIM（海森結(jié)構(gòu)光照明顯微術(shù)）和稀疏反卷積方法，實(shí)現(xiàn)了約60納米的空間分辨率和每秒超過24幀的成像速度，超越了傳統(tǒng)的中紅外（MIR）光熱成像技術(shù)。通過測試含有熱敏熒光染料的200納米聚甲基丙烯酸甲酯微珠，驗(yàn)證了SIMIP的準(zhǔn)確性。 SIMIP通過讓QCL在1420–1778 cm-1范圍內(nèi)掃描，成功重建了振動光譜，該光譜與傅里葉變換紅外（FTIR）光譜數(shù)據(jù)高度吻合。 與傳統(tǒng)中紅外光熱成像相比，SIMIP的分辨率提高了1.5倍，其半高全寬（FWHM）為335納米，而傳統(tǒng)方法的半高全寬為444納米。該技術(shù)還展示了在亞衍射聚集體中區(qū)分聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯微珠的能力，這是傳統(tǒng)熒光顯微鏡無法做到的。 SIMIP的另一優(yōu)勢在于其能夠檢測自體熒光，即某些生物分子自然發(fā)出的熒光。這可以通過從寬場SIM切換到點(diǎn)掃描SIM來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化自體熒光激發(fā)，或者使用更短波長的探測光束進(jìn)行寬場光熱檢測，從而增強(qiáng)了與現(xiàn)有光學(xué)裝置的兼容性。 SIMIP結(jié)合了SIM和MIP（光熱紅外顯微術(shù)）的優(yōu)勢，提供了超越衍射極限的高速、超分辨率化學(xué)成像技術(shù)，為材料科學(xué)、生物研究和化學(xué)分析領(lǐng)域帶來了新的可能性。未來的應(yīng)用包括識別小分子代謝物并研究它們與細(xì)胞結(jié)構(gòu)的相互作用。 研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃增強(qiáng)SIMIP的時(shí)間同步性，以進(jìn)一步提高成像速度和準(zhǔn)確性，并探索使用溫度敏感染料來提高靈敏度。只需進(jìn)行最少的硬件調(diào)整，SIMIP即可在全球?qū)嶒?yàn)室中部署使用。 相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1117/1.AP.7.3.036003 |
