研究进展

新闻类别:研究进展
2018-10-24

无标记的近共振高分辨受激拉曼显微成像

        最近,来自华中科技大学武汉光电国家研究中心的王平教授,及华中师范大学的张国平教授合作研究提出了一种免标记的近共振高分辨超光谱受激拉曼(SRS)显微成像技术,实现了生物分子的非标记高分辨率成像,空间分辨率达到130纳米,为观察组织及细胞的精细结构提供了重要的工具。其研究成果“Near-resonance enhanced label-free stimulated Raman scattering microscopy with spatial resolution near 130 nm”于2018年10月24日在线发表在《Light: Science& Application》上。

        光学显微镜已经广泛应用到生物成像中,如何让分辨率超过180纳米的传统分辨率极限一直是一个难题。当前所报道的超分辨技术基本上都基于外源性的荧光标记,但是对于大多数的小分子和蛋白质来说,它们很难在细胞和组织中被标记。

        研究人员提出的近共振高分辨受激拉曼显微成像技术,实现了分辨率达到130 nm的无标记SRS分子成像,该技术不仅可以对细胞及组织中的低浓度生物分子进行高分辨成像,还可以在高分辨条件下对无标记组织进行化学成分分析。同时,由于激发光子接近生物分子的电子跃迁能量,近共振效应和光子能量的增加使SRS的灵敏度提高了约23倍,保证了在低光损伤下高分辨率图像的获得和低浓度生物分子的探测。此外,成像系统中单模保偏光纤的引入不仅保证了高分辨成像要求的优良光束质量,还实现了基于光谱聚焦方法的超光谱SRS成像,可以选择性地对生物分子进行化学成分分析。研究人员利用该系统实现了单个细胞的超精细3D成像,能够清晰地观察到细胞丝状伪足,内质网等结构,并对未经生化和标记处理的C57鼠脑切片组织进行了大面积高分辨成像。除此之外,还基于超光谱SRS技术,对脑片中鞘磷脂的分布进行了精确定位和分析。

        该研究工作得到了国家重点研发计划(2016YFA0201403), 国家自然科学基金委面上项目(61675075)、创新群体项目(61421064), 青年千人计划, 武汉光电国家研究中心主任基金,湖北省自然科学基金(2017CFB591)的大力支持。


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图1.可见光SRS显微成像。a,装置图;b,能级图;c-d,聚苯乙烯小球的测试结果;e,多种物质的SRS光谱。

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图2. HeLa细胞的高分辨3D SRS成像

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3. 华中科技大学 王平教授 相干拉曼分子成像课题

文章链接

Yali Bi#,Chi Yang#,Yage Chen,Shuai Yan,Guang Yang,Yaozu Wu,Guoping Zhang* and Ping Wang*," Near-resonance enhanced label-free stimulated Raman scattering microscopy with spatial resolution near 130 nm", Light Sci. & Appl. 7, 81 (2018).

https://www.nature.com/articles/s41377-018-0082-1