光學(xué)顯微紅外助力仿生工程蛋白涂層抗生物污染研究

       植入式醫(yī)療器械（IMD）已廣泛應(yīng)用于診斷、治療、器官修復(fù)等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。但是，科學(xué)家和醫(yī)療工作者發(fā)現(xiàn)植入式醫(yī)療設(shè)備在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，蛋白質(zhì)、酶和代謝物等物質(zhì)會(huì)不可逆地附著在其工作表面，逐步破壞IMD的電化學(xué)和生物學(xué)特性，導(dǎo)致植入設(shè)備的故障及患者的嚴(yán)重感染。目前，在植入式醫(yī)療器械設(shè)備表面構(gòu)建防污涂層被認(rèn)為是解決該問(wèn)題直接且有效的方法。

      近期，曾宏波院士團(tuán)隊(duì)受 “藤蔓刺”結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，將BSA@PSBMA涂層涂覆在IMD表面，并通過(guò)超高分辨的非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測(cè)量系統(tǒng)—mIRage對(duì)其表面生物污垢（例如生物流體中的蛋白、酶、代謝物等）的吸附情況進(jìn)行測(cè)量觀察，以驗(yàn)證BSA@PSBMA涂層的防生物污染效果。文章以《Bionic engineered protein coating boosting anti-biofouling in complex biological fluid》為題，發(fā)表在 Advanced Materials上^[1]。

       非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測(cè)量系統(tǒng)—mIRage是基于光學(xué)光熱紅外光譜(O-PTIR)技術(shù)，采用非接觸式測(cè)量模式，將可見(jiàn)光與紅外光耦合實(shí)現(xiàn)紅外光譜的采集，如圖1.b所示。作者利用500 nm超高空間分辨率mIRage系統(tǒng)，根據(jù)其紅外特征峰精確定位污垢，對(duì)牛奶、脂質(zhì)、CHO細(xì)胞和牛血清中的污染情況進(jìn)行單波長(zhǎng)顯微紅外化學(xué)成像，并進(jìn)行了橫向?qū)Ρ�。圖1.c表明，除了天然BSA涂層表面粘附較少脂質(zhì)外,所有底物表面都附著了大量的污垢，而所有生物流體中BSA@PSBMA-涂層表面的污垢幾乎為零。隨后，作者將生物污垢在裸露的基質(zhì)表面上的平均覆蓋率進(jìn)行了量化，如圖1.d所示。結(jié)果表明，BSA@PSBMA涂層表面的生物污垢顯著減少，有效驗(yàn)證了BSA@PSBMA具備優(yōu)異的防生物污垢性能。

圖1. 大塊污垢實(shí)驗(yàn)過(guò)程中涂層的防污性能

      非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測(cè)量系統(tǒng)—mIRage是由美國(guó)PSC公司研發(fā)的，采用特殊的光熱誘導(dǎo)共振（PTIR）技術(shù)，突破了傳統(tǒng)紅外的光學(xué)衍射極限，其空間分辨率可達(dá)亞微米級(jí)，可以幫助科研人員更全面地了解亞微米尺度下樣品表面微小區(qū)域的化學(xué)信息。

mIRage設(shè)備優(yōu)勢(shì)：

• 顯微紅外空間分辨率高達(dá)500 nm；
• 使用可見(jiàn)光作為光學(xué)感應(yīng)探測(cè)信號(hào)，不接觸樣品，對(duì)樣品無(wú)任何交叉污染風(fēng)險(xiǎn)；
• 非接觸式測(cè)量模式，避免了生物細(xì)胞樣品的損傷風(fēng)險(xiǎn)；
• 對(duì)樣品制備無(wú)特殊要求，可測(cè)試粉末/薄膜/粘性/粗糙/纖維/軟物質(zhì)/液相樣品；
• 實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)紅外和拉曼光譜同時(shí)同位點(diǎn)相同分辨率的測(cè)量，提供可相互印證的光譜信息。
• 紅外和熒光功能聯(lián)用，實(shí)現(xiàn)熒光定位和紅外成分分析的互補(bǔ)表征。

圖2. 光學(xué)光熱紅外光譜技術(shù)原理

      mIRage系統(tǒng)為生物學(xué)中復(fù)雜樣品中的蛋白質(zhì)和細(xì)胞組分進(jìn)行紅外光譜分析提供了新的測(cè)量方法，為顯微紅外在生物領(lǐng)域的應(yīng)用提供了更加便捷的表征途徑。

圖3. mIRage、mIRage*-R、mIRage*-LS設(shè)備圖

       為更好地服務(wù)中國(guó)科研工作者，Quantum Design 中國(guó)引進(jìn)了非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測(cè)量系統(tǒng)—mIRage樣機(jī)，將為大家提供為專(zhuān)業(yè)的售前、銷(xiāo)售、售后技術(shù)支持，歡迎各位老師參觀試用！

參考文獻(xiàn)

[1]. Ziqian Zhao, Mingfei Pan, Chenyu Qiao, Li Xiang, Xiong Liu, Wenshuai Yang, Xing-Zhen Chen, Hongbo Zeng. Bionic engineered protein coating boosting anti-biofouling in complex biological fluids, Advanced Materials（2022）.

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非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測(cè)量系統(tǒng)—mIRage