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使用新放大增强方法实现生物医学组织样品的高空间分辨率 FTIR 成像

发布时间:2022-03-05   点击次数:137次

前言:傅立叶变换红外 (FTIR) 成像是一项成熟的分析方法,可同时获得微米级范围的光 谱和空间信息。这一技术已广泛用于多种不同的应用领域,从高分子科学到生物 医学成像。近年来,人们越来越关注通过主要使用基于同步加速器的系统,来提 高受到衍射极限制约的 FTIR 成像系统的空间分辨率。 在本应用简报中,我们展示了一项使用现有物镜实现放大增强的新型方法。最 终,我们的 FTIR 系统显示出 1 µm/像素级别的高空间分辨率成像能力。*的 是,这种构造在设置不同的放大倍率时不需更换物镜,从而保持了常规物镜相对 较大的工作距离(约 21 mm)。


为评估和比较新方法的性能,我们分别使用标准放大倍率 FTIR、高放大倍率 FTIR 以及多光束同步加速器 FTIR 对生物 医学样品(未固定的鼠脑冷冻切片)进行 FTIR 成像分析 [1]。


实验部分 仪器 我们将安捷伦科技公司的 Cary 670 FTIR 光谱仪和带有高能 量碳化硅棒光源的 Cary 620 FTIR 配合使用,分别在标准放 大和高倍放大条件下采集数据。为进行比较,我们还使用 了配备有多光束同步加速器 (IRENI) 光源的非安捷伦 FTIR 成像系统采集数据 [1]。

每种技术的操作参数列于表 1。

结果和讨论 图 1 A-C 的照片和化学图像中清楚地显示出 3xTG AD 小鼠 脑中丰富的重要组分。这些图像分别来自于安捷伦标准配 置显微镜、同步加速器 (IRENI) 系统以及安捷伦高倍放大配 置显微镜。


结果表明,安捷伦新型高分辨率技术显著提高了空间分辨 率,可达 1.1 µm/像素,与之相比,安捷伦标准配置显微镜 的空间分辨率仅为 5.5 µm/像素。多光束同步加速器光源 (IRENI) 带有宽场照明和在整个光谱范围内达到或超越衍射 极限的有效几何分辨率,与之相比,我们的新型改良方法可 至少获得与 IRENI 相当的结果

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当观察微米级样品时,增加的空间与光谱细节(通过减少像 素之间的模糊实现)非常有价值,因为所揭示的这些信息是 标准配置的显微镜无法分辨的。 当像素分辨率为 5.5 µm/像素时,光谱图显示的是采样像素 区域内所有化学组分的总和。我们的新型方法使用软件控 制和自动化“高放大倍率机制"增加了有效放大倍率,更重 要的是不需改变物镜,因此可在保持完整的 21 mm 物镜工 作距离的前提下,实现 1.1 µm/像素的像素分辨率。


在图 2 的例子中,图中用箭头标出的部分是体积更小、高 度聚集的物体,在更大的像素内将不可观察到这一现象。 更为重要的是,随着空间分辨率的提高,分析人员可获得更 “纯"的 FTIR 光谱,如图所示,脂类的 CH 吸收峰在高放大 倍率模式下具有更高的强度,而在标准放大倍率模式下则因 被平均而强度较低。比较光谱显示于图 2 中。 图 3 (A) 显示了致密斑块核心的图像,(B) 周围渗入了脂质 状组分 [2]。这张图表明,正如预期的那样,在这个波长区 域内,使用高放大倍率仪器可获得与 IRENI(见图 1 B iv) 相同水平的细节信息。

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结论 结果表明,与标准放大倍率 (5.5 µm) 相比,高放大倍率模 式 (1.1 µm) 能够提供更多的光谱和空间细节信息;与基于 同步加速器的高放大倍率系统相比,我们的高放大倍率模式 可获得相当的或更好的细节信息,特别是在低于 1800 cm-1 的信息丰富的指纹区。 此外,由于使用了更大的视野和全尺寸 (128x128) FPA,新 型方法的图像采集时间比作为金标准的多光束同步加速器仪 器快了约 10 倍。 另外,标准放大倍率 (5.5 µm) 和高放大倍率 (1.1 µm) 模式 操作时不需改变物镜,因此可保持 21 mm 的全物镜工作距 离,这就意味着用户将样品放置在显微镜物镜下测量时,不 需受到样品形状、大小以及形式的限制。

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