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Bioengineering

다중 모드 비선형 광학 현미경을 사용한 나노 입자의 세포 흡수의 생체 분자 이미징

Published: May 16th, 2022

DOI:

10.3791/63637

1Biomedical Physics, School of Physics and Astronomy, University of Exeter
* These authors contributed equally

이 기사에서는 스펙트럼 초점 모듈과 이중 출력 펄스 레이저의 통합을 제시하여 금 나노 입자와 암세포의 신속한 초분광 이미징을 가능하게 합니다. 이 작업은 표준 레이저 스캐닝 현미경에서 다중 모드 비선형 광학 기술의 세부 사항을 시연하는 것을 목표로 합니다.

살아있는 시스템에서 금 나노 입자 (AuNP)를 조사하는 것은 AuNP와 생물학적 조직 간의 상호 작용을 밝히는 데 필수적입니다. 또한 자극 라만 산란(SRS), 2광자 여기 형광(TPEF) 및 과도 흡수(TA)와 같은 비선형 광 신호를 이미징 플랫폼에 통합하여 세포 구조 및 AuNP의 생체 분자 대비를 다중 모드 방식으로 식별하는 데 사용할 수 있습니다. 이 기사에서는 다중 모드 비선형 광학 현미경을 제시하고 이를 적용하여 암세포에서 AuNP의 화학적으로 특이적인 이미징을 수행합니다. 이 이미징 플랫폼은 보다 효율적인 기능화된 AuNP를 개발하고 종양, 세포 주위 또는 세포 공간을 둘러싼 혈관 구조 내에 있는지 여부를 결정하기 위한 새로운 접근 방식을 제공합니다.

금 나노입자(AuNP)는 다양한 생물의학 응용 분야에서 효과적인 표면 강화 라만 분광법(SERS) 기질과 같은 생체 적합성 이미징 프로브로서 큰 잠재력을 보여주었습니다. 주요 응용 분야에는 바이오 센싱, 바이오 이미징, 표면 강화 분광법 및 암 치료를위한 광열 요법과 같은 분야가 포함됩니다1. 또한 살아있는 시스템에서 AuNP를 탐색하는 것은 AuNP와 생물학적 시스템 간의 상호 작용을 평가하고 이해하는 데 중요합니다. 조직에서 AuNP의 분포를 조사하는 데 성공적으로 사용된 푸리에 변환 적외선(FTIR) 분광법2, 레이저 절제 유도 결합 질량분석법(LA-ICP-MS)3 및 자기 공명 영상(MRI)4을 포함한 다양한 분석 기술이 있습니다. 그럼에도 불구하고 이러한 방법은 시간이 많이 걸리고 복잡한 샘플 준비3, 긴 획득 시간 요구 또는 서브 미크론 공간 분해능 2,4의 부족과 같은 몇 가지 단점이 있습니다.

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1. 레이저 시스템 켜기

  1. 시스템을 시작하기 전에 인터록 시스템을 켜고 암 레이저를 선택하십시오.
  2. 소프트웨어로 PC를 켜서 듀얼 출력 펨토초 레이저를 제어합니다.
  3. 듀얼 출력 펨토초 레이저용 소프트웨어를 로드합니다. 이 소프트웨어를 사용하면 레이저의 전원을 켜고 끌 수 있으며 펌프 빔의 파장을 직접 제어할 수 있습니다.
  4. 전원 아이콘을 길게 눌러 레.......

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스펙트럼 포커싱 타이밍 및 재결합 장치(SF-TRU) 모듈은 이중 출력 펨토초 레이저와 수정된 레이저 스캐닝 현미경 사이에 도입되었습니다. 이 연구에 사용 된 조정 가능한 초고속 레이저 시스템에는 고정 된 1,045 nm 파장에서 하나의 빔을 전달하는 두 개의 출력 포트가 있고 다른 빔은 680-1,300 nm 범위에서 조정 가능합니다. SF-TRU 모듈과 멀티모달 이미징 플랫폼의 자세한 개략도는 그림 .......

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이 연구는 SF-TRU 모듈과 초고속 이중 출력 레이저 시스템의 조합이 다중 모드 미세 분광법에 대한 응용 분야를 입증했음을 제시했습니다. 암세포의 금 나노입자(AuNP) 흡수를 조사할 수 있는 능력을 갖춘 멀티모달 이미징 플랫폼은 레이저 빔이 AuNP에 흡수될 때 온열암 치료에 대한 세포 반응을 시각화할 수 있습니다.

또한 두 세트의 격자 쌍을 사용하여 각 레이저 빔의 처프를 제.......

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이 연구는 EPSRC 보조금 : Raman Notheranostics (EP / R020965 / 1) 및 CONTRAST 시설 (EP / S009957 / 1)의 지원을 받았습니다.

....

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NameCompanyCatalog NumberComments
APE SRS Detection UnitAPE (Angewandte Physik & Elektronik GmbH)APE Lock-in ModuleCombined 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 UnitOlympusFV 3000Confocal scanning unit used for imaging
CML Latex Beads, 4% w/v, 1.0 µmInvitrogenC37483Polystyrene microspheres
CoverslipsThorlabsCG15CH222 mm x 22 mm coverslips for seeding cells
FBSGibco10500-064Foetal Bovine Serum (Heat Inactivated)
FlouviewOlympusFV31S-SWLaser scanning microscope control software
Function GeneratorBX precision40543Used to generate square wave function which is fed to EOM in SF-TRU to produce modulations in the stokes beam
FV3000OlympusIX83P2ZFOther microscope frames can be used.
Gold NanoparticlesNanopartzA11-60Spherical gold nanoparticles, 60 nm diameter
Input Output InterfaceOlympusFV30 ANALOGThis 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 X3NewportSpectra-PhysicsDual-output femtosecond pulsed laser. Tunable (680–1300 nm) and fixed (1045 nm) laser outputs with the repetition rate of 80 MHz.
Microscope FrameOlympusIX83Inverted microscope
Mouse 4T1 cellsATCCCRL-2539Mouse breast cancer cells
NA 1.2 Water Immersion ObjectiveOlympusUPLSAPO60XW/IRThe multiphoton 60x Objective has a 0.28 mm working distance. Other similar objectives can be used.
NA 1.4 CondenserNikonCSC1003Other condensers with NA higher than the excitation objective can also be used.
PMTHamamatsuR3896PMT used for detecting anti-stokes photos for CARS micrsocopy
PMT ConnectorHamamatsuC13654-01-Y002Connector for PMT
Power SupplyRSRSPD-3303 CProgrammable power supply which is used for providing the correct voltage to the PMT
RPMI-1640GibcoA10491-01Roswell Park Memorial Institute (RPMI) 1640 Medium has since been found suitable for a variety of mammalian cells.
SF-TRUNewport Spectra PhysicsSF-TRUSystem designed for controlling the time delay and dispersion of the 2 laser outputs and for performing the beam modulations required for SRS

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