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浙江大學開發(fā)出一種新型振動成像技術 據《先進光子學》刊載的一項研究顯示，我國浙江大學張德龍教授領銜的研究團隊開發(fā)出一種新型振動成像技術，標志著該領域取得重大突破。該技術為納米尺度化學與生物研究的深入探索開辟了新路徑。 超分辨率顯微技術雖能實現對納米尺度環(huán)境的精細觀測，但其依賴熒光標記的特性導致化學信息獲取受限，主要局限于結構特征的解析。為突破這一技術瓶頸，基于分子特征化學鍵識別的振動成像方法應運而生，該技術無需標記即可實現無損檢測。 此類技術通過探測樣品吸收中紅外光引發(fā)的物理變化實現分子識別，包括溫度誘導的聲學信號或熱吸收導致的折射率變化等。然而現有方法普遍面臨信噪比較低的困境，難以同時實現高化學對比度與高空間分辨率。 新近開發(fā)的結構光照中紅外光熱顯微術（SIMIP）有效克服了上述限制，其分辨率較傳統(tǒng)顯微技術實現倍增突破。該技術通過創(chuàng)新性融合結構光照明顯微術（SIM）的物理增強機制與中紅外光熱檢測（MIP）的化學特異性優(yōu)勢，成功構建出兼具亞細胞級空間分辨率與化學指紋識別能力的成像平臺。  SIMIP能夠生成富含化學信息和空間信息的高分辨率圖像 浙江大學張德龍教授說：“SIMIP顯微技術通過融合結構光照明顯微術（SIM）與中紅外光熱檢測（MIP）的雙重原理實現技術創(chuàng)新。 其中，中紅外光熱檢測模塊賦予系統(tǒng)化學鍵特異性識別能力，而結構光照明顯微組件則通過條紋投影的物理增強機制，使樣品空間分辨率突破傳統(tǒng)光學極限。” 該系統(tǒng)采用量子級聯激光器（QCL）來激發(fā)特定的化學鍵，從而實現局部加熱，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。 這些圖案會產生莫爾條紋，將高頻特征編碼為科學級互補金屬氧化物半導體（sCMOS）相機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捕獲的圖像，SIMIP（結構光照明顯微術與光熱紅外顯微術結合技術）能夠重建出同時提供空間信息和化學信息的高分辨率圖像。 在概念驗證實驗中，研究團隊采用Hessian SIM（海森結構光照明顯微術）和稀疏反卷積方法，實現了約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。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，驗證了SIMIP的準確性。 SIMIP通過讓QCL在1420–1778 cm-1范圍內掃描，成功重建了振動光譜，該光譜與傅里葉變換紅外（FTIR）光譜數據高度吻合。 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切換到點掃描SIM來實現結構化自體熒光激發(fā)，或者使用更短波長的探測光束進行寬場光熱檢測，從而增強了與現有光學裝置的兼容性。 SIMIP結合了SIM和MIP（光熱紅外顯微術）的優(yōu)勢，提供了超越衍射極限的高速、超分辨率化學成像技術，為材料科學、生物研究和化學分析領域帶來了新的可能性。未來的應用包括識別小分子代謝物并研究它們與細胞結構的相互作用。 研究團隊計劃增強SIMIP的時間同步性，以進一步提高成像速度和準確性，并探索使用溫度敏感染料來提高靈敏度。只需進行最少的硬件調整，SIMIP即可在全球實驗室中部署使用。 相關鏈接：https://doi.org/10.1117/1.AP.7.3.036003 |
