Article

Good Vibrations

生命科学研究中CARS显微镜的前景

看到细胞工作中的分子机制的能力极大地促进了我们对细胞功能的理解。近年来,新的分子成像技术,例如相干的反斯托克斯拉曼散射显微镜(汽车)已被开发用于活细胞的快速振动成像。固有的分子振动会在振动谱中留下特定的指纹。美国加利福尼亚大学欧文分校的助理教授Eric Potma博士解释说,他的团队如何推进和应用这种新颖的成像技术来揭示微观生物学系统的分子秘密。

Authors

主题 & Tags

CARS显微镜的首次接触

当我在荷兰读研究生时,我做了超快光谱学。我的顾问建议我将这些技术应用于显微镜检查。在90年代后期,当双光子显微镜技术变得越来越流行时,这是一个热门趋势。那时,我们还看到了一些二次谐波显微镜,但数量并不多。我当时正在玩一种具有两种颜色的激光系统,并且考虑过要进行泵浦式显微镜检查。

1999年,我看到了德国康斯坦茨大学的安德里亚斯·祖姆布施(当时是X. Sunney Xie实验室的博士后)和荷兰阿姆斯特丹大学的MichielMüller展示了他们在 汽车 在FOM会议上进行显微镜检查。我的能力和对比给我留下了深刻的印象 汽车 显微镜检查。我立即回到我在荷兰的实验室,并排好队长 汽车。第二天我们得到了第一 汽车 信号。我一直在做 汽车 从此显微镜。

研究生物和材料样本

我们观察到的第一个样品是变形杆菌Dictyostelium Discoideum,一种变形虫细胞。我们使用这些细胞作为模型系统来了解细胞中的水分布。我们专注于水带的OH拉伸,并对冲洗水通过细胞进行了动态测量,以检查水在活细胞中的扩散。我当时在物理化学系,那时我们专注于生物物理应用。我们与生物学家和细胞生物学家合作,这些人为我们带来了样品。

与生物学家一起工作真是太好了,因为他们提出了真正的问题,这使我们以可以看到实际重要的方式来调整我们的仪器。生物学研究人员与从事物理学研究的人员之间有着很好的协作精神。

汽车 在生物学方面变得很流行,但是您可以通过这种特殊类型的对比来探究其他任何事物。您还可以探测振动和电子功能。我们正在研究碳纳米管,并试图了解一次激发的传播和相干演化。我们还在微观水平上研究了等离子体结构的非线性光学性质。 汽车 是执行这些应用程序的好方法。因此,它也正在进入材料科学领域。

洞悉基本细胞过程

的真正好处 汽车 显微术就是您以分子的方式看待它们。无需在标签上贴标签,也无需以某种方式修饰标签使其发荧光。确实是该技术的优势所在。您可以查看所有具有良好拉曼标记的分子,因此可以使用 汽车 microscope.

关于脂质代谢的任何问题都在哪里 汽车 可能会有所作为,以及涉及水分子迁移率,膜动力学和蛋白质密度分布变化的任何问题。和 汽车 遵循诸如药物分子或任何在组织中具有强烈振动特征的分子化合物等外在剂具有广阔的前景。很好,因为这些分子通常很难以其他方式可视化,因为它们无法始终被标记。通常它们太小-如果标记它们,就不会将它们带入单元格,或者会更改它们的功能。

汽车 我们以比常规振动成像快得多的速率成像这些目标。我们正在谈论实时成像,这对于成像所有生物事物(例如活体内的活细胞和组织)非常重要。 汽车 显微镜确实有帮助。

生命科学研究中的汽车

有一个非常重要的研究方向,旨在可视化活体动物中的内源性分子。的 汽车 显微镜之所以出色,是因为它的速度快,因此您可以实时监控分子。例如,人们已经使用 汽车 观察髓磷脂的降解-这是研究多发性硬化症等疾病的一种方法。您没有其他方法可以执行此操作。在活体动物中实时可视化髓磷脂确实非常困难。 汽车 是人们这样做的唯一途径。

另一个例子是 汽车 用于皮肤成像:正在尝试使用当前已优化的系统来做到这一点,以便您可以将手臂放在显微镜下并查看组织形态和异常情况。这对改善人类健康具有直接影响。

CARS显微镜的未来

我认为我们可以预期 汽车 与共聚焦成像会发生同样的事情。 汽车 是对比方法的最新版本。您想检查样品,观察分子,进行深度解析成像,并且对样品的扰动最少-无需苛刻的处理或染色方案-对于活体系统尤其如此。

因此,拥有将这种类型的对比度添加到显微镜的系统是巨大的进步。它显然扩大了当前的科学研究范围。您可以看到的比以前更多。它使您可以做更多的事情并处理关键应用程序。仅一个突破性的应用本身就是巨大的成功。

例如,人们将永远无法预见到直接可视化脂质代谢的影响,脂质代谢是我们体内的一个基本过程,以前如果不使用干扰性标记物就很难研究。

通过创造这样的新研究途径, 汽车 是无标签成像方法的真正资产。其他应用程序正在等待被发现。不可避免的是 汽车 将继续对生物和材料科学产生重大影响。这是前进的道路。