Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
В этой статье представлена интеграция модуля спектральной фокусировки и импульсного лазера с двойным выходом, что позволяет быстро гиперспектральную визуализацию наночастиц золота и раковых клеток. Эта работа направлена на демонстрацию деталей мультимодальных нелинейных оптических методов на стандартном лазерном сканирующем микроскопе.
Зондирование наночастиц золота (AuNPs) в живых системах имеет важное значение для выявления взаимодействия между AuNP и биологическими тканями. Кроме того, интегрируя нелинейные оптические сигналы, такие как стимулированное рамановское рассеяние (SRS), двухфотонная возбужденная флуоресценция (TPEF) и переходное поглощение (TA), в платформу визуализации, он может быть использован для выявления биомолекулярного контраста клеточных структур и AuNP мультимодальным способом. В этой статье представлена мультимодальная нелинейная оптическая микроскопия и она применяется для выполнения химически специфической визуализации AuNP в раковых клетках. Эта платформа визуализации обеспечивает новый подход к разработке более эффективных функционализированных AuNP и определению того, находятся ли они в сосудистом пространстве, окружающем опухоль, перицеллюлярном или клеточном пространстве.
Наночастицы золота (AuNPs) показали большой потенциал в качестве биосовместимых зондов визуализации, например, в качестве эффективных поверхностных рамановских спектроскопических субстратов (SERS) в различных биомедицинских приложениях. Основные области применения включают такие области, как биозондирование, биовизуализация, поверхностно-усиленные спектроскопии и фототермическая терапия для лечения рака1. Кроме того, зондирование AuNP в живых системах имеет решающее значение для оценки и понимания взаимодействия между AuNP и биологическими системами. Существуют различные аналитические методы, в том числе инфракрасная спектроскопияс преобразованием Фурье (FTIR) 2, масс-спектрометрия с лазерной абляцией с индуктивной связью (LA-ICP-MS)3 и магнитно-резонансная томография (МРТ)4, которые успешно используются для исследования распределения AuNP в тканях. Тем не менее, эти методы страдают от ряда недостатков, таких как трудоемкость и сложная пробоподготовка3, требующая длительного времени сбора или отсутствие субмикронного пространственного разрешения 2,4.
По сравнению с обычными методами визуализации, нелинейная оптическая микроскопия предлагает несколько преимуществ для зондирования живых клеток и AuNP: нелинейная оптическая микроскопия достигает большей глубины изображения и обеспечивает внутреннюю возможность 3D-оптического сечения с использованием ближне-ИК-сверхбыстрых лазеров. Со значительным улучшением скорости визуализации и чувствительности обнаружения, двухфотонная возбужденная флуоресценция (TPEF)5,6,7 и вторая гармоническая генерация (SHG)8,9,10 микроскопия были продемонстрированы для дальнейшего улучшения неинвазивной визуализации эндогенных биомолекул в живых клетках и тканях. Кроме того, используя новые нелинейные оптические методы насоса-зонда, такие как переходное поглощение (TA)11,12,13,14 и стимулированное комбинационное рассеяние (SRS)15,16,17,18, можно получить безметочный биохимический контраст клеточных структур и AuNP. Визуализация AuNP без использования внешних меток имеет большое значение, поскольку химические возмущения наночастиц будут изменять их физические свойства и, следовательно, их поглощение в клетках.
Этот протокол представляет собой реализацию модуля Spectral Focusing Timing and Recombination Unit (SF-TRU) для двухволнового импульсного лазера, что позволяет быстро получать мультимодальную визуализацию AuNP и раковых клеток. Эта работа направлена на демонстрацию деталей интегрированных методов TPEF, TA и SRS на лазерном сканирующем микроскопе.
1. Включение лазерной системы
2. Включение блока синхронизации и рекомбинации спектральной фокусировки (SF-TRU)
3. Модуляция луча Стокса для визуализации SRS
4. Включение блокирующего усилителя
5. Работа на лазерном сканирующем микроскопе
6. Установка образца на стадии микроскопа
7. Изменение рамановского сдвига и сбор стека гиперспектральных данных
ПРИМЕЧАНИЕ: Рамановское смещение, при котором происходит визуализация, зависит от положения стадии задержки в коробке SF-TRU и длины волны пучка накачки от лазерной системы.
Модуль Spectral Focusing Timing and Recombination Unit (SF-TRU) введен между фемтосекундным лазером с двойным выходом и модифицированным лазерным сканирующим микроскопом. Перестраиваемая сверхбыстрая лазерная система, используемая в этом исследовании, имеет два выходных порта, доставляющих один луч на фикси...
Это исследование представило комбинацию модуля SF-TRU и сверхбыстрой лазерной системы с двойным выходом, продемонстрировав ее применение для мультимодальной микроспектроскопии. Благодаря своей способности исследовать поглощение наночастицами золота (AuNPs) раковыми клетками, мультимод?...
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Это исследование было поддержано грантами EPSRC: рамановская нанотеранотика (EP/R020965/1) и установка CONTRAST (EP/S009957/1).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
APE SRS Detection Unit | APE (Angewandte Physik & Elektronik GmbH) | APE Lock-in Module | Combined system containing a large area Si photo-diode for detecting the pump beam along with a Lock-In amplifier for detecting the beam modulations |
Confocal Scanning Unit | Olympus | FV 3000 | Confocal scanning unit used for imaging |
CML Latex Beads, 4% w/v, 1.0 µm | Invitrogen | C37483 | Polystyrene microspheres |
Coverslips | Thorlabs | CG15CH2 | 22 mm x 22 mm coverslips for seeding cells |
FBS | Gibco | 10500-064 | Foetal Bovine Serum (Heat Inactivated) |
Flouview | Olympus | FV31S-SW | Laser scanning microscope control software |
Function Generator | BX precision | 40543 | Used to generate square wave function which is fed to EOM in SF-TRU to produce modulations in the stokes beam |
FV3000 | Olympus | IX83P2ZF | Other microscope frames can be used. |
Gold Nanoparticles | Nanopartz | A11-60 | Spherical gold nanoparticles, 60 nm diameter |
Input Output Interface | Olympus | FV30 ANALOG | This unit allows voltage readouts from PMT and LockIn to be fed into the confocal scanning software and allows timing pulses to be sent between the olympus microscope and the SF-TRU unit. |
InSight X3 | Newport | Spectra-Physics | Dual-output femtosecond pulsed laser. Tunable (680–1300 nm) and fixed (1045 nm) laser outputs with the repetition rate of 80 MHz. |
Microscope Frame | Olympus | IX83 | Inverted microscope |
Mouse 4T1 cells | ATCC | CRL-2539 | Mouse breast cancer cells |
NA 1.2 Water Immersion Objective | Olympus | UPLSAPO60XW/IR | The multiphoton 60x Objective has a 0.28 mm working distance. Other similar objectives can be used. |
NA 1.4 Condenser | Nikon | CSC1003 | Other condensers with NA higher than the excitation objective can also be used. |
PMT | Hamamatsu | R3896 | PMT used for detecting anti-stokes photos for CARS micrsocopy |
PMT Connector | Hamamatsu | C13654-01-Y002 | Connector for PMT |
Power Supply | RS | RSPD-3303 C | Programmable power supply which is used for providing the correct voltage to the PMT |
RPMI-1640 | Gibco | A10491-01 | Roswell Park Memorial Institute (RPMI) 1640 Medium has since been found suitable for a variety of mammalian cells. |
SF-TRU | Newport Spectra Physics | SF-TRU | System designed for controlling the time delay and dispersion of the 2 laser outputs and for performing the beam modulations required for SRS |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены