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“闪耀”Nature拉曼显微术突破传统光学成像颜色极限

本文摘要:近年来,显微镜技术在大大地突破自身的局限。来自美国哥伦比亚大学的研究人员报导了一种全新的光学技术:电子实共振受激拉曼衍射显微镜(ElectronicPre-ResonanceStimulatedRamanScatteringMicroscopy)。这一技术融合了拉曼衍射光谱较宽(~1nm)以及荧光分析灵敏度低的优点。 研究人员利用这种荧光光学技术,找到了24种颜色各异的探针,展出了多达16种颜色的活细胞光学和8种颜色的脑组织光学。

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近年来,显微镜技术在大大地突破自身的局限。来自美国哥伦比亚大学的研究人员报导了一种全新的光学技术:电子实共振受激拉曼衍射显微镜(ElectronicPre-ResonanceStimulatedRamanScatteringMicroscopy)。这一技术融合了拉曼衍射光谱较宽(~1nm)以及荧光分析灵敏度低的优点。

研究人员利用这种荧光光学技术,找到了24种颜色各异的探针,展出了多达16种颜色的活细胞光学和8种颜色的脑组织光学。这一研究成果发布在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年在哈佛大学获得化学博士学位,导师为美国科学院院士谢晓亮教授,之后在其课题组专门从事博士后研究。闵玮博士现任哥伦比亚大学化学系终生教授,研究成果多次公开发表在NatureMethod、PNAS等国际学术期刊,因其科学贡献取得过很多奖项,其中还包括2013年的斯隆研究奖。

近年来,显微镜技术在大大地突破自身的局限。2000年以来蓬勃发展的超强辨别荧光光学技术,早已突破了光学散射无限大。2015年,闵玮研究组研发出有一种新的方法,即基于受激拉曼衍射(SRS)光学,可视化单细胞内的葡萄糖摄入活性,并展出了其在肝癌细胞、肿瘤异种重制的组织、原代神经元及小鼠脑组织中的应用于。

这是亚细胞分辨率的一个突破。电子实共振受激拉曼衍射是拉曼衍射的一种类似形式。拉曼衍射信号一般来说很黯淡,受激拉曼衍射通过两束符合共振条件泵浦和斯托克斯激光与分子特定振动再次发生特异性耦合来强化信号。

受激拉曼衍射和生物光学的融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,谢晓亮教授曾回应,他想要在无荧光标记的情况下减少纳曼光谱的灵敏度,甚至来检测单分子。但是这个项目觉得太难了,谢晓亮完全无法劝说学生们来尝试,最后是闵玮拒绝接受了挑战,他与一位德国的研究生ChrisFreudiger获得了突破:通过观测受激拉曼衍射信号取得了需要荧光标记的生物医学显微镜图像。自此之后,这一技术被广泛应用在生命分析研究中。

电子共振拉曼衍射则是另一种强化拉曼信号的方法:当泵浦激光的频率相似分子的电子能级光子频率(即吸取波长)时,与电子能级光子耦合涉及的分子振动光谱也被选择性强化。因此,将电子共振拉曼衍射和受激拉曼衍射融合,可以很大地提高拉曼信号。


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