亞微米紅外拉曼同步測量技術(shù)助生物材料對骨組織礦化研究取得重要進展

    由于紅外光譜技術(shù)對于分子結(jié)構(gòu)的敏感性，能夠在無任何標(biāo)記的情況下實現(xiàn)對生物樣品成分的鑒定和分布解析，對于不便于熒光標(biāo)記的生物組分鑒別十分有利，使得其在生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。

    近期Maryam Rahmati等人使用亞微米紅外拉曼同步測量技術(shù)在Materials Today上報道骨生物材料對骨骼再生的研究中成功揭示了紅外顯微鏡在組織樣品分析中的潛力。眾所周知，生物骨骼有機材料能夠模仿天然組織功能，是作為受損骨骼良好的替代物。Maryam等通過設(shè)計兩個富含脯氨酸的無序肽(IDP2和IDP6)并將它們添加到SmartBone(SBN)生物雜交替代物中，成功合成了具備改善由于植入物導(dǎo)致的組織礦化問題的新型材料。通過對家豬開顱損傷后8周和16周愈合情況的研究，作者團隊發(fā)現(xiàn)這種材料能夠很好的幫助顱骨愈合，如下圖所示。

研究富含脯氨酸的無序肽的成骨和生物礦化作用。(a)四組監(jiān)測骨愈合情況的代表圖包括假手術(shù)、SmartBone(SBN)、SBN + P2和sbn+P6(n = 8)。(b，c) mCT分析骨容積比的代表圖像和統(tǒng)計數(shù)據(jù)(Obj. V/TV)、骨表面/體積比(Obj.S/Obj.v)和骨表面密度(Obj.S/TV)，比例尺: 4 mm，(N = 8)。(d–g)研究鈣化樣品的礦化/非礦化的代表圖像和統(tǒng)計數(shù)據(jù)。(h)堿性磷酸酶(ALP)和抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)染色法研究脫鈣骨中成骨細胞和破骨細胞的活性。

    本文中作者認為通過亞微米紅外拉曼同步測量技術(shù)檢測，能夠很好的評估IDP的結(jié)構(gòu)變化，因為該技術(shù)能夠很好的對組織進行高精度成像，并且不受組織粗糙度的影響。通過1037 cm^-1的紅外圖分析，能夠很好區(qū)別不同區(qū)域的磷酸酯和磷酸銨的分布。并通過數(shù)據(jù)對比實驗組與對照組的分布來看，能夠看到實驗組的骨骼具有良好的礦化。對比1660 cm^-1 和1546 cm^-1的紅外吸收峰可以證明肽發(fā)生了構(gòu)象轉(zhuǎn)變，而且這種轉(zhuǎn)變是與磷酸鹽的分布呈現(xiàn)明顯相關(guān)的。說明了該材料具備良好的醫(yī)療價值，同時也說明了亞微米紅外拉曼同步測量技術(shù)在評估植入生物材料和構(gòu)象的影響中具備極高的潛力。

用亞微米紅外拉曼同步測量技術(shù)研究IDP對的成骨和生物礦化效應(yīng)的影響及其構(gòu)象變化。紅外40X光學(xué)圖像和其上標(biāo)記點的紅外光譜（下）。兩個單波長圖像(1037/1660 cm^-1)的比例圖，突出顯示了在光譜中觀察到的富含礦物質(zhì)和胺的區(qū)域。

    美國Photothermal Spectroscopy Corp公司經(jīng)多年潛心攻關(guān)，研發(fā)出的非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統(tǒng)—mIRage憑借其獨有的亞微米紅外拉曼同步測量技術(shù)能夠直接對樣品表面進行紅外光譜測試，并且不受到水的干擾，該設(shè)備成功將紅外光譜的空間分辨率提升至亞微米（~500 nm）；得益于其非接觸式測量特性，該系統(tǒng)無需制備薄片，直接測試較厚樣品，極大地簡化了制樣過程、提高測試效率；同時可實現(xiàn)無接觸式地快速簡易測量，有效避免了傳統(tǒng)ATR模式下的散射像差和交叉污染。且該設(shè)備在反射模式下所得譜圖與透射模式下FTIR完全一致，還可以選配透射模式，十分適用于液體樣品和一些特殊混合樣品，極大的擴展了光熱紅外在生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍(如圖1所示)。

亞微米紅外拉曼同步測量系統(tǒng)，工作原理及鈣化乳腺組織的紅外成像圖

    這項先進技術(shù)讓mIRage有別于傳統(tǒng)的紅外測試設(shè)備，能夠?qū)ι�命科學(xué)領(lǐng)域的常用樣本，諸如細胞爬片，病理組織切片，單細胞細菌等有良好的兼容性，并讓活細胞觀測成為可能。除此之外，mIRage還可與拉曼光譜進行聯(lián)用，實現(xiàn)同時同地相同分辨率的IR和Raman測試，且無熒光風(fēng)險，能夠幫助研究者更快速全面的確定所分析生物樣品的化學(xué)組成信息。

亞微米紅外拉曼同步測量技術(shù)在生命科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的顯著優(yōu)勢：

☛ 亞微米級的空間分辨率；

☛ 可直接獲取液體中活細胞的紅外成像；

☛ 靈敏度高，可直接觀測單細胞 (如細菌、哺乳動物細胞等)；

☛ 無米氏散射干擾，即使在細胞邊緣也不受影響；

☛ 高的光譜分辨率；

☛ 無需直接接觸即可測量軟組織的紅外光譜；

☛ 可實現(xiàn)紅外和拉曼同步測量；

☛ 可實現(xiàn)超過10 μm厚的樣品測試，直接置于載玻片上觀察分析；

☛ 可配置極化的紅外光源；

相關(guān)產(chǎn)品
1、非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統(tǒng)—mIRage
http://www.tenergyglobal.com/show1equip.asp?equipid=4207284