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在研究复杂生物系统时，了解分子运动至关重要。为解决传统荧光波动光谱技术的局限，研究人员开展光栅图像相关光谱技术（RICS）研究。结果显示，RICS 能实时测量荧光标记分子的扩散和相互作用，这为研究生物系统提供了更强大的方法。
在生命科学的微观世界里，分子就像一个个神秘的舞者，它们的一举一动都关乎着生命活动的正常运转。科学家们一直渴望了解这些分子在溶液和活细胞中的运动规律，以及它们之间的相互作用方式。然而，传统的研究方法却存在着诸多限制。比如，经典的荧光相关光谱技术（FCS）虽然能研究分子扩散等特性，但它只能观察样本中固定的微小体积内的分子，无法获取周围环境的信息，而且长时间聚焦激光还可能导致样本出现光漂白和光毒性。扫描 FCS（sFCS）虽然增加了空间维度，但分析区域仍有限。图像相关光谱技术（ICS）能提供空间异质性的整体视图，却难以研究分子的扩散特性。为了突破这些困境，国外研究人员开展了关于光栅图像相关光谱技术（Raster Image Correlation Spectroscopy，RICS）的研究。该研究成果发表在《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects》上，为生命科学研究带来了新的曙光。
研究人员运用的主要关键技术方法为共聚焦激光扫描显微镜技术和相关光谱分析技术。共聚焦激光扫描显微镜通过光栅扫描，使时间信息被编码在像素荧光强度波动中；相关光谱分析技术则基于这些波动，对分子的扩散和相互作用等特性进行分析 。
研究结果
- RICS 的基本原理及优势：RICS 基于共聚焦激光扫描显微镜，利用光栅扫描的方式，从图像中提取时间信息。它结合了 FCS 的高时间分辨率和 ICS 的空间分辨率，能在微秒到秒的时间尺度上获取分子动态信息。这使得研究人员不仅可以研究细胞膜上的生物过程，还能深入到活细胞的其他区域进行探索。
- 直接检测分子相互作用：研究人员使用交叉相关 RICS（ccRICS），通过用不同荧光团标记两个分子，检测它们的共定位情况来测量分子间的关联。不过，光谱串扰是 ccRICS 面临的一个重要限制，许多荧光团的荧光光谱会延伸到红色区域，导致一个荧光团的荧光可能在另一个红移检测通道中被检测到。
- RICS 在活细胞测量中的优势：在活细胞成像方面，RICS 相较于经典 FCS 具有明显优势。RICS 获取的是图像信息，能观察细胞结构，并在一次实验中分析细胞不同区域，如细胞质和细胞器内分子的扩散动力学。
- 解决 RICS 空间平均化问题：RICS 可通过将图像划分为特定的感兴趣区域（ROI）来研究不同区域的分子扩散。但原始 RICS 方法存在不足，从空间自相关函数（SACF）拟合得到的扩散系数是分析区域的平均值，这意味着它假设给定 ROI 内分子的性质是恒定的。
研究结论和讨论
RICS 在过去二十年已发展成为一种用途广泛的技术，能够研究生物分子的扩散、聚集等分子动力学特性。它突破了传统技术的限制，为生命科学研究提供了更全面、深入的视角。通过 RICS，研究人员可以对不同生物系统进行分子层面的架构分析，量化分子的化学计量、相互作用亲和力、局部浓度等，并在时空维度上监测分子行为。这对于理解复杂生物系统和疾病机制具有重要意义，有望推动生物医学领域的进一步发展，帮助科学家们更好地探索生命的奥秘，为未来疾病诊断和治疗策略的开发提供理论基础。
