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“闪耀”Nature 拉曼显微术突破传统光学成像颜色极限

导读: 近年来,显微镜技术在不断地突破自身的局限。来自美国哥伦比亚大学的研究人员报道了一种全新的成像技术:电子预共振受激拉曼散射显微镜。

近年来,显微镜技术在不断地突破自身的局限。来自美国哥伦比亚大学的研究人员报道了一种全新的成像技术:电子预共振受激拉曼散射显微镜(Electronic Pre-Resonance Stimulated Raman Scattering Microscopy)。

这一技术结合了拉曼散射光谱窄(~1 nm)以及荧光分析灵敏度高的优点。研究人员利用这种荧光成像技术,发现了24种颜色各异的探针,展示了多达16种颜色的活细胞成像和8种颜色的脑组织成像。

这一研究成果公布在4月19日的Nature杂志上,文章的通讯作者是哥伦比亚大学化学系闵玮教授,闵玮早年毕业于北京大学,2008年在哈佛大学获化学博士学位,导师为美国科学院院士谢晓亮教授,之后在其课题组从事博士后研究。闵玮博士现任哥伦比亚大学化学系终身教授,研究成果多次发表在Nature Method、PNAS等国际学术期刊,因其科学贡献获得过很多奖项,其中包括2013年的斯隆研究奖。

近年来,显微镜技术在不断地突破自身的局限。2000年以来兴起的超分辨荧光成像技术,已经突破了光学衍射极限。2015年,闵玮研究组开发出一种新的方法,即基于受激拉曼散射(SRS)成像,可视化单细胞内的葡萄糖摄取活性,并展示了其在肝癌细胞、肿瘤异种移植组织、原代神经元及小鼠脑组织中的应用。这是亚细胞分辨率的一个突破。

“闪耀”Nature 拉曼显微术突破传统光学成像颜色极限

电子预共振受激拉曼散射是拉曼散射的一种特殊形式。拉曼散射信号通常很微弱,受激拉曼散射通过两束满足共振条件泵浦和斯托克斯激光与分子特定振动发生特异性耦合来增强信号。受激拉曼散射和生物成像的结合是由哈佛大学谢晓亮教授首次在Science杂志报导,闵玮博士就是其中的主要发明人,谢晓亮教授曾表示,他想在无荧光标记的情况下增加拉曼光谱的灵敏度,甚至来检测单分子。但是这个项目实在太难了,谢晓亮几乎无法说服学生们来尝试,最终是闵玮接受了挑战,他与一位德国的研究生Chris Freudiger取得了突破:通过探测受激拉曼散射信号获得了无需荧光标记的生物医学显微图像。

自此之后,这一技术被广泛应用在生命分析研究中。电子共振拉曼散射则是另一种增强拉曼信号的方法:当泵浦激光的频率接近分子的电子能级跃迁频率(即吸收波长)时,与电子能级跃迁耦合相关的分子振动光谱也被选择性增强。因此,将电子共振拉曼散射和受激拉曼散射结合,可以极大地提升拉曼信号。

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