2009年最值得关注的技术:无标记成像[创新技巧]

【字体: 时间:2010年01月06日 来源:生物通

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  大约十年前,哈佛大学Sunney Xie领导的小组开发出了CARS(连续反斯托克拉曼散射)显微镜,大大改善了拉曼信号以及此种方法的可用性,但它在鉴定特定分子方面仍具有挑战性。这两年,Sunney Xie和他的同事在无标记成像上又有了一些新进展。

近年来荧光探针的发展,特别是荧光蛋白的快速发展,让光学显微镜在生命科学中的应用上了一个大台阶。但是,这些探针并不完美,它们需要与目标分子结合。对于活体成像而言,这种结合根本不现实。而且,标记会干扰某些小分子的功能。

无标记显微镜的出现并不是最近一两年的事情,它依赖多个不同的光物理过程来产生光信号。双光子显微镜能检测一些自发荧光物种。二次谐波和三次谐波方法能分辨纤维结构和脂体。拉曼显微镜能检测特定类型的化学键,还能确定化学组成和脂的丰度,但是它的背景很高。

大约十年前,哈佛大学Sunney Xie领导的小组开发出了CARS(连续反斯托克拉曼散射)显微镜,大大改善了拉曼信号以及此种方法的可用性,但它在鉴定特定分子方面仍具有挑战性。这两年,Sunney Xie和他的同事在无标记成像上又有了一些新进展。

2008年底,Xie的研究小组报道了一种新的基于拉曼成像的方法,克服了CARS显微镜的一些问题1。受激拉曼散射(SRS)显微镜让特定目标分子的鉴定更容易,且灵敏度非常高。一般来说,无标记方法与荧光标记相比,分子特异性相对较差,这是主要缺陷之一,SRS就有望缩小这个差距。

2009年,研究小组小组又开发出一种基于受激发射(stimulated emission)的新型显微镜2。当处于激发态的电子被正常能量水平的光子干扰时,回到基态,并发射光子。研究人员利用同步的输入和输出脉冲序列,记录了受激发射的信号。输入脉冲序列中的光能强度调成5 MHz,来产生受激发射。每个脉冲序列会持续约10-15秒。非荧光分子就会产生过去无法看见的图像。

该方法的灵敏度比吸收方法高几个数量级,不受样品中其他发色团的干扰,而且适用于三维切片观测。重要的是,所有分子都是“受激发射显微镜”的潜在观测目标,所以它可用来对不发荧光的物质进行成像观测。

尽管研究人员称存在光子损害的可能,且此系统的费用还需要进一步降低,才能大规模应用,但这项研究仍是一项很重要的突破。美国国家自然科学基金会化学司的项目主管Zeev Rosenzweig认为:“毫无疑问,此项研究提供了一种独特的方法,对目前的光学显微镜无法成像的多种分子进行成像。”

尽管目前还没有方法能完全取代荧光显微镜,或满足每个无标记成像实验的需求,但是我们也看到了无标记显微镜的转折点,对未来应该充满信心。(生物通 薄荷)

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参考文献:

1 Freudiger, Christian W.; Min, Wei; Saar, Brian G.; Lu, Sijia; Holtom, Gary R.; He, Chengwei; Tsai, Jason C; Kang, Jing X.; Xie, X. Sunney. Label-Free Biomedical Imaging with High Sensitivity by Stimulated Raman Scattering Microscopy. Science, 322, 1857-1861 (2008)

2 Min, Wei; Lu, Sijia; Chong, Shasha; Roy, Rahul; Holtom, Gary R.; Xie, X. Sunney. Imaging chromophores with undetectable fluorescence by stimulated emission microscopy. Nature, 461, 1105-1109 (2009)

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