采用LIBS成像技術(shù)研究納米顆粒在單細(xì)胞內(nèi)的亞細(xì)胞分布

激光誘導(dǎo)擊穿光譜(LIBS)作為一種常用的元素檢測(cè)方法，具有靈敏度高、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，在材料、地質(zhì)和生命科學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。然而，由于受衍射極限和透鏡像差的限制，難以減小采樣點(diǎn)，因此，長(zhǎng)期以來(lái)LIBS很難在微觀世界領(lǐng)域發(fā)揮分析作用。

為此，廈門大學(xué)杭緯教授課題組首次報(bào)道了一種基于納米激光探針( Nano Laser Probe, NLP)的雙束脈沖LIBS成像方法。具體實(shí)驗(yàn)裝置如下圖，首先通過(guò)帶透鏡的光纖引入第一束飛秒采樣激光做解吸附，在獲得納米尺度的剝蝕彈坑的前提下，使用第二束納米激光增強(qiáng)光譜發(fā)射。通過(guò)雙束脈沖激光的發(fā)射增強(qiáng)，可獲得直徑小于500nm采樣彈坑的光譜信號(hào)。

為了獲得最強(qiáng)的光譜發(fā)射信號(hào)，該課題組對(duì)壓力、脈沖間延遲時(shí)間和emICCD探測(cè)延遲時(shí)間進(jìn)行了優(yōu)化。并在優(yōu)化過(guò)的實(shí)驗(yàn)條件下，可視化了自制Al網(wǎng)格樣品、SIM芯片和單細(xì)胞內(nèi)的納米粒子的化學(xué)分布。

Al 網(wǎng)格和SIM芯片上數(shù)字的納米級(jí)成像

其中， 單細(xì)胞成像是生命科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。LIBS在組織成像中的應(yīng)用已有報(bào)道，但由于靈敏度和分辨率的限制，其在單細(xì)胞成像中的應(yīng)用仍處于空白階段。

該課題組首次使用NLP雙束脈沖LIBS成像技術(shù)直觀檢測(cè)納米顆粒在單個(gè)細(xì)胞內(nèi)的亞細(xì)胞分布。該課題選用小鼠單核巨噬細(xì)胞白血病細(xì)胞和InP納米顆粒進(jìn)行了研究。

單個(gè)細(xì)胞內(nèi)InP納米粒子的納米LIBS成像

如上圖單細(xì)胞納米成像中B和D所示，細(xì)胞內(nèi)可以檢測(cè)到In信號(hào)，且In的分布與溶酶體( lysosomes ) 的位置基本一致。

基于這一結(jié)果，可以驗(yàn)證細(xì)胞-納米顆粒相互作用的模型：納米顆粒在水溶液中通過(guò)內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞，并駐留在細(xì)胞內(nèi)溶酶體中。

在上述NLP雙束脈沖LIBS成像系統(tǒng)中，通過(guò)特勵(lì)達(dá)普林斯頓儀器的SP 2300光譜儀采集光譜，并通過(guò)光譜儀上的emICCD對(duì)探測(cè)延遲時(shí)間進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。

PI-MAX4 系列

PI-MAX 4? EMICCD(ICCD)系列相機(jī)可以極大地提高成像和光譜的時(shí)間分辨率。PI-MAX 4? 系列具有優(yōu)越的性能和靈活性。 通過(guò)PI-MAX 4的內(nèi)置精確定時(shí)發(fā)生器，可以精確控制增強(qiáng)門控的寬度和延遲，此外，SyncMASTER功能能夠控制相機(jī)與各種外部設(shè)備(如脈沖激光器等)同步。

<500 psec 快門

1 MHz 持續(xù)增強(qiáng)快門重復(fù)率

>10,000 spectra /second

極限的靈敏度

高的線性度 @ emICCD

審核編輯 黃宇