Name: biomolecular imaging of cellular uptake of nanoparticles using multimodal nonlinear optical microscopy
Uploaded: 2022-05-16T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Biomolecular Imaging of Cellular Uptake of Nanoparticles using Multimodal Nonlinear Optical Microscopy at JoVE.com

Denne forskning blev støttet af EPSRC Grants: Raman Nanotheranostics (EP/R020965/1) og CONTRAST-facilitet (EP/S009957/1).

1. Tænding af lasersystemet
<ol><li>Tænd for sikringssystemet, og vælg armlaser, før du starter systemet.</li>
	<li>Tænd pc'en med softwaren til at styre femtosekundlaseren med dobbelt udgang.</li>
	<li>Indlæs softwaren til femtosekundlaseren med dobbelt udgang; Denne software gør det muligt at tænde og slukke for laseren og styrer direkte bølgelængden af pumpestrålen.</li>
	<li>Tænd for laseremissionen ved at holde tænd/sluk-ikonet nede for at tælle 3.</li>
	<li>Vent, indtil laseren er v...

<ol>
	<li>Tabish, T. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Smart+gold+nanostructures+for+light+mediated+cancer+theranostics:+Combining+optical+diagnostics+with+photothermal+therapy.">Smart gold nanostructures for light mediated cancer theranostics: Combining optical diagnostics with photothermal therapy.</a> Advanced Science. 7 (15), 1903441 (2020).</li><li>Tian, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gold+nanostars+for+efficient+in+vitro+and+in+vivo+real-time+SERS+detection+and+drug+delivery+via+plasmonic-tunable+Raman/FTIR+imaging.">Gold nanostars for efficient in vitro and in vivo real-time SERS detection and drug delivery via plasmonic-tunable Raman/FTIR imaging.</a> Biomaterials. 106, 87-97 (2016).</li><li>Jenkins, S. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+photothermal+treatment+efficacy+and+normal+tissue+protection+via+vascular+targeted+gold+nanocages.">Enhanced photothermal treatment efficacy and normal tissue protection via vascular targeted gold nanocages.</a> Nanotheranostics. 3 (2), 145-155 (2019).</li><li>Huang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rational+design+and+synthesis+of+gammaFe2+O3+@Au+magnetic+gold+nanoflowers+for+efficient+cancer+theranostics.">Rational design and synthesis of gammaFe2 O3 @Au magnetic gold nanoflowers for efficient cancer theranostics.</a> Advanced Materials. 27 (34), 5049-5056 (2015).</li><li>Dilipkumar, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-free+multiphoton+endomicroscopy+for+minimally+invasive+in+vivo+imaging.">Label-free multiphoton endomicroscopy for minimally invasive in vivo imaging.</a> Advanced science. 6 (8), 1801735 (2019).</li><li>Wang, C. -. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differentiation+of+normal+and+cancerous+lung+tissues+by+multiphoton+imaging.">Differentiation of normal and cancerous lung tissues by multiphoton imaging.</a> Journal of Biomedical Optics. 14 (4), 044034 (2009).</li><li>Chrabaszcz, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+standard+and+HD+FT-IR+with+multimodal+CARS/TPEF/SHG/FLIMS+imaging+in+the+detection+of+the+early+stage+of+pulmonary+metastasis+of+murine+breast+cancer.">Comparison of standard and HD FT-IR with multimodal CARS/TPEF/SHG/FLIMS imaging in the detection of the early stage of pulmonary metastasis of murine breast cancer.</a> The Analyst. 145 (14), 4982-4990 (2020).</li><li>Tsai, T. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualizing+radiofrequency-skin+interaction+using+multiphoton+microscopy+in+vivo.">Visualizing radiofrequency-skin interaction using multiphoton microscopy in vivo.</a> Journal of Dermatological Science. 65 (2), 95-101 (2012).</li><li>Wang, C. -. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Early+development+of+cutaneous+cancer+revealed+by+intravital+nonlinear+optical+microscopy.">Early development of cutaneous cancer revealed by intravital nonlinear optical microscopy.</a> Applied Physics Letters. 97 (11), 113702 (2010).</li><li>Li, F. -. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dorsal+skin+fold+chamber+for+high+resolution+multiphoton+imaging.">Dorsal skin fold chamber for high resolution multiphoton imaging.</a> Optical and Quantum Electronics. 37 (13), 1439-1445 (2005).</li><li>Tong, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-free+imaging+of+semiconducting+and+metallic+carbon+nanotubes+in+cells+and+mice+using+transient+absorption+microscopy.">Label-free imaging of semiconducting and metallic carbon nanotubes in cells and mice using transient absorption microscopy.</a> Nature Nanotechnology. 7 (1), 56-61 (2011).</li><li>Chong, S., Min, W., Xie, X. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ground-state+depletion+microscopy:+Detection+sensitivity+of+single-molecule+optical+absorption+at+room+temperature.">Ground-state depletion microscopy: Detection sensitivity of single-molecule optical absorption at room temperature.</a> The Journal of Physical Chemistry Letters. 1 (23), 3316-3322 (2010).</li><li>Chen, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transient+absorption+microscopy+of+gold+nanorods+as+spectrally+orthogonal+labels+in+live+cells.">Transient absorption microscopy of gold nanorods as spectrally orthogonal labels in live cells.</a> Nanoscale. 6 (18), 10536-10539 (2014).</li><li>Liu, J., Irudayaraj, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-fluorescent+quantification+of+single+mRNA+with+transient+absorption+microscopy.">Non-fluorescent quantification of single mRNA with transient absorption microscopy.</a> Nanoscale. 8 (46), 19242-19248 (2016).</li><li>Freudiger, C. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-free+biomedical+imaging+with+high+sensitivity+by+stimulated+Raman+scattering+microscopy.">Label-free biomedical imaging with high sensitivity by stimulated Raman scattering microscopy.</a> Science. 322 (5909), 1857-1861 (2008).</li><li>Wang, C. -. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+chemically+specific+mapping+of+agrochemical+seed+coatings+using+stimulated+Raman+scattering+microscopy.">In situ chemically specific mapping of agrochemical seed coatings using stimulated Raman scattering microscopy.</a> Journal of Biophotonics. 11 (11), 201800108 (2018).</li><li>Wang, C. -. C., Yoong, F. -. Y., Penfield, S., Moger, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualization+of+active+ingredients+uptake+in+seed+coats+with+stimulated+Raman+scattering+microscopy.">Visualization of active ingredients uptake in seed coats with stimulated Raman scattering microscopy.</a> Proceedings SPIE 10069, Multiphoton Microscopy the Biomedical Sciences XVII. , 1006928 (2017).</li><li>Hu, F., Shi, L., Min, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biological+imaging+of+chemical+bonds+by+stimulated+Raman+scattering+microscopy.">Biological imaging of chemical bonds by stimulated Raman scattering microscopy.</a> Nature Methods. 16 (9), 830-842 (2019).</li><li>Zeytunyan, A., Baldacchini, T., Zadoyan, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Module+for+multiphoton+high-resolution+hyperspectral+imaging+and+spectroscopy.">Module for multiphoton high-resolution hyperspectral imaging and spectroscopy.</a> Proceedings SPIE 10498, Multiphoton Microscopy in the Biomedical Sciences XVIII. , 104980 (2018).</li><li>Wang, C. -. C., Wu, R. -. J., Lin, S. -. J., Chen, Y. -. F., Dong, C. -. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-free+discrimination+of+normal+and+pulmonary+cancer+tissues+using+multiphoton+fluorescence+ratiometric+microscopy.">Label-free discrimination of normal and pulmonary cancer tissues using multiphoton fluorescence ratiometric microscopy.</a> Applied Physics Letters. 97 (4), 043706 (2010).</li><li>Wang, C. -. C., Chandrappa, D., Smirnoff, N., Moger, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monitoring+lipid+accumulation+in+the+green+microalga+botryococcus+braunii+with+frequency-modulated+stimulated+Raman+scattering.">Monitoring lipid accumulation in the green microalga botryococcus braunii with frequency-modulated stimulated Raman scattering.</a> Proceedings SPIE 9329, Multiphoton Microscopy in the Biomedical Sciences XV. , 9329 (2015).</li><li>Figueroa, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Broadband+hyperspectral+stimulated+Raman+scattering+microscopy+with+a+parabolic+fiber+amplifier+source.">Broadband hyperspectral stimulated Raman scattering microscopy with a parabolic fiber amplifier source.</a> Biomedical Optics Express. 9 (12), 6116-6131 (2018).</li><li>Cui, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+plasmon-enhanced+CARS+and+TPEF+for+Gram+staining+identification+of+non-fluorescent+bacteria.">In situ plasmon-enhanced CARS and TPEF for Gram staining identification of non-fluorescent bacteria.</a> Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 264, 120283 (2022).</li><li>Ma, J., Sun, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonlinear+optical+microscopies+(NOMs)+and+plasmon-enhanced+NOMs+for+biology+and+2D+materials.">Nonlinear optical microscopies (NOMs) and plasmon-enhanced NOMs for biology and 2D materials.</a> Nanophotonics. 9 (6), 1341-1358 (2020).</li><li>Sun, L., Chen, Y., Sun, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exploring+nonemissive+excited-state+intramolecular+proton+transfer+by+plasmon-enhanced+hyper-Raman+scattering+and+two-photon+excitation+fluorescence.">Exploring nonemissive excited-state intramolecular proton transfer by plasmon-enhanced hyper-Raman scattering and two-photon excitation fluorescence.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 126 (1), 487-492 (2022).</li></ol>

Denne undersøgelse har præsenteret kombinationen af SF-TRU-modul og ultrahurtigt dual-output lasersystem demonstreret sine anvendelser til multimodal mikrospektroskopi. Med sin evne til at undersøge guldnanopartiklers (AuNPs') optagelse af kræftceller kan den multimodale billeddannelsesplatform visualisere de cellulære reaktioner på hypertermiske kræftbehandlinger, når laserstråler absorberes af AuNP'er.
Desuden opnås hurtig kemisk specifik billeddannelse og høj spektralopløsning v...

Guldnanopartikler (AuNP'er) har vist stort potentiale som biokompatible billeddannende sonder, for eksempel som effektive overfladeforstærkede Raman-spektroskopi (SERS) substrater i forskellige biomedicinske applikationer. Større anvendelser omfatter områder som biosensing, bioimaging, overfladeforbedrede spektroskopier og fototermisk terapi til kræftbehandling1. Desuden er sondering af AuNP'er i levende systemer afgørende for at vurdere og forstå samspillet mellem AuNP'er og biologiske systemer. Der er forskellige analytiske teknikker, herunder Fourier transform infrarød (FTIR) spektroskopi2, laserablation induktivt koblet massespektrometri (LA-ICP-MS)3 og magnetisk resonansbilleddannelse (MRI)4, der med succes er blevet brugt til at undersøge fordelingen af AuNP'er i væv. Ikke desto mindre lider disse metoder af flere ulemper, såsom at være tidskrævende og involvere kompleks prøveforberedelse3, der kræver lange anskaffelsestider, eller manglen på submikron rumlig opløsning 2,4.
Sammenlignet med konventionelle billeddannelsesteknikker giver ikke-lineær optisk mikroskopi flere fordele ved sondering af levende celler og AuNP'er: Den ikke-lineære optiske mikroskopi opnår dybere billeddybde og giver iboende 3D optisk sektionsfunktion ved brug af nær-IR ultrahurtige lasere. Med den betydelige forbedring af billeddannelseshastighed og detektionsfølsomhed er to-foton exciteret fluorescens (TPEF) 5,6,7 og anden harmoniske generation (SHG)8,9,10 mikroskopi blevet demonstreret for yderligere at forbedre ikke-invasiv billeddannelse af endogene biomolekyler i levende celler og væv. Desuden er det ved hjælp af nye pumpesonde ikke-lineære optiske teknikker såsom forbigående absorption (TA) 11,12,13,14 og stimuleret Raman-spredning (SRS)15,16,17,18 muligt at udlede etiketfri biokemisk kontrast mellem cellulære strukturer og AuNP'er. Visualisering af AuNP'er uden brug af ydre etiketter er af stor betydning, da kemiske forstyrrelser af nanopartiklerne vil ændre deres fysiske egenskaber og dermed deres optagelse i celler.
Denne protokol præsenterer implementeringen af et SF-TRU-modul (Spectral Focusing Timing and Recombination Unit) til en pulslaser med dobbelt bølgelængde, der muliggør hurtig multimodal billeddannelse af AuNP'er og kræftceller. Dette arbejde har til formål at demonstrere detaljerne i integrerede TPEF-, TA- og SRS-teknikker på et laserscanningsmikroskop.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>APE SRS Detection Unit</td>
			<td>APE (Angewandte Physik &#38; Elektronik GmbH)</td>
			<td>APE Lock-in Module</td>
			<td>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</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Confocal Scanning Unit</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>FV 3000</td>
			<td>Confocal scanning unit used for imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CML Latex Beads, 4% w/v, 1.0 &#181;m</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>C37483</td>
			<td>Polystyrene microspheres</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coverslips</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>CG15CH2</td>
			<td>22 mm x 22 mm coverslips for seeding cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FBS</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>10500-064</td>
			<td>Foetal Bovine Serum (Heat Inactivated)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flouview</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>FV31S-SW</td>
			<td>Laser scanning microscope control software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Function Generator</td>
			<td>BX precision</td>
			<td>40543</td>
			<td>Used to generate square wave function which is fed to EOM in SF-TRU to produce modulations in the stokes beam</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FV3000</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>IX83P2ZF</td>
			<td>Other microscope frames can be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gold Nanoparticles</td>
			<td>Nanopartz</td>
			<td>A11-60</td>
			<td>Spherical gold nanoparticles, 60 nm diameter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Input Output Interface</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>FV30 ANALOG</td>
			<td>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.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>InSight X3</td>
			<td>Newport</td>
			<td>Spectra-Physics</td>
			<td>Dual-output femtosecond pulsed laser. Tunable (680&#8211;1300 nm) and fixed (1045 nm) laser outputs with the repetition rate of 80 MHz.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope Frame</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>IX83</td>
			<td>Inverted microscope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse 4T1 cells</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>CRL-2539</td>
			<td>Mouse breast cancer cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NA 1.2 Water Immersion Objective</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>UPLSAPO60XW/IR</td>
			<td>The multiphoton 60x Objective has a 0.28 mm working distance. Other similar objectives can be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NA 1.4 Condenser</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>CSC1003</td>
			<td>Other condensers with NA higher than the excitation objective can also be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PMT</td>
			<td>Hamamatsu</td>
			<td>R3896</td>
			<td>PMT used for detecting anti-stokes photos for CARS micrsocopy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PMT Connector</td>
			<td>Hamamatsu</td>
			<td>C13654-01-Y002</td>
			<td>Connector for PMT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power Supply</td>
			<td>RS</td>
			<td>RSPD-3303 C</td>
			<td>Programmable power supply which is used for providing the correct voltage to the PMT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RPMI-1640</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>A10491-01</td>
			<td>Roswell Park Memorial Institute (RPMI) 1640 Medium has since been found suitable for a variety of mammalian cells.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SF-TRU</td>
			<td>Newport Spectra Physics</td>
			<td>SF-TRU</td>
			<td>System designed for controlling the time delay and dispersion of the 2 laser outputs and for performing the beam modulations required for SRS</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

biomolecular imaging of cellular uptake of nanoparticles using multimodal nonlinear optical microscopy

Sondering af guldnanopartikler (AuNP'er) i levende systemer er afgørende for at afsløre samspillet mellem AuNP'er og biologiske væv. Ved at integrere ikke-lineære optiske signaler såsom stimuleret Raman-spredning (SRS), to-foton-exciteret fluorescens (TPEF) og forbigående absorption (TA) i en billeddannelsesplatform kan den desuden bruges til at afsløre biomolekylær kontrast mellem cellulære strukturer og AuNP'er på en multimodal måde. Denne artikel præsenterer en multimodal ikke-lineær optisk mikroskopi og anvender den til at udføre kemisk specifik billeddannelse af AuNP'er i kræftceller. Denne billeddannelsesplatform giver en ny tilgang til udvikling af mere effektive funktionaliserede AuNP'er og bestemmelse af, om de er inden for vaskulaturer omkring tumor-, pericellulære eller cellulære rum.

SF-TRU-modulet (Spectral Focusing Timing and Recombination Unit) introduceres mellem femtosekundlaseren med dobbelt udgang og det modificerede laserscanningsmikroskop. Det justerbare ultrahurtige lasersystem, der anvendes i denne undersøgelse, har to udgangsporte, der leverer en stråle ved en fast bølgelængde på 1.045 nm og den anden stråle justerbar i området 680-1.300 nm. Et detaljeret skema over SF-TRU-modulet og multimodal billedbehandlingsplatform er afbildet i figur 1. SF-TRU er...

Watch this Scientific Journal Video about Biomolecular Imaging of Cellular Uptake of Nanoparticles using Multimodal Nonlinear Optical Microscopy at JoVE.com

Biomolecular Imaging of Cellular Uptake of Nanoparticles using Multimodal Nonlinear Optical Microscopy

Denne artikel præsenterer integrationen af et spektralfokuseringsmodul og en dual-output pulslaser, der muliggør hurtig hyperspektral billeddannelse af guldnanopartikler og kræftceller. Dette arbejde har til formål at demonstrere detaljerne i multimodale ikke-lineære optiske teknikker på et standard laserscanningsmikroskop.

Biomolekylær billeddannelse af cellulær optagelse af nanopartikler ved hjælp af multimodal ikke-lineær optisk mikroskopi

Probing gold nanoparticles (AuNPs) in living systems is essential to reveal the interaction between AuNPs and biological tissues. Moreover, by integrating ...

Vores protokol præsenterer en multimodal, ikke-lineær, optisk mikroskopi og anvender den til at udføre kemisk specifik billeddannelse af guldnanopartikler i kræftceller. Den største fordel ved vores billeddannelsessystem er, at det kan bruges til at gennemgå den biomolekylære kontrast mellem cellulære strukturer og guldnanopartikler på en multimodal måde. For at begynde skal du tænde for stikkene på alt udstyr, undtagen fjernbetjeningsboksen.Tænd derefter bagsiden af boksen, og tryk på Start drift, når fjernlyset bliver blåt på kontrolboksen. Tænd derefter pc'en på laserscanningsmikroskopet og kør konfokalmikroskopsoftwaren. Kontroller derefter mikroskopets lysbane ved hjælp af computersoftwaren og styr fokus gennem berøringsskærmen eller fjernbetjeningsknapperne eller computersoftwaren.Vælg de ønskede billedindstillinger i softwaren, herunder Zoom, billedstørrelsen i pixels og pixelopholdstid, samtidig med at du sikrer, at pixelopholdstiden er større end integrationstiden. Placer en dråbe destilleret vand oven på vandnedsænkningsmålet, der fokuserer laserstrålerne ind i prøven og mellem kondensatoren og prøven til billeddannelse. Juster derefter kondensatorens højde til ca. en millimeter over prøveemnet for at indsamle den maksimale mængde lys og flyt SRS-detektoren placeret på et bevægeligt beslag ud af strålebanen for at fokusere på prøven ved hjælp af hvidt lys.Brug softwareindstillingerne til at vælge pumpestrålen og ændre laserbølgelængden til 802 nanometer for CH-vibrationer og 898 nanometer for amid I-peak, hvilket tegner sig for store ændringer i Raman-skiftet. For at opnå små justeringer i Raman-skiftet skal du scanne forsinkelsesfasen i SFTRU-enheden som beskrevet i manuskriptet. For det hyperspektrale datasæt skal du vælge fanen Trigger, klikke på Start ved ttl-trigger on og derefter vælge Trigger hver ramme.Derefter skal du på fanen Serie indstille tidsserien til og Z-serien fra. Indstil desuden antallet af rammer i tidsserien, så det svarer til antallet af trin i ATM-softwaren. Gå derefter til fanen Kør i ATM-softwaren og indstil forsinkelsestrinpositionerne for CH til 90,25 og 92,25, mens det for amid I-regionen er 89 og 91 millimeter, svarende til start- og stoppositionen for den hyperspektrale scanning, samtidig med at det sikres, at antallet af trin svarer til antallet af rammer i computersoftwaren.Når du har kontrolleret de korrekte indstillinger, skal du starte den hyperspektrale stak i computersoftwaren ved først at gå til Acquire og derefter klikke på Start scanning. Klik derefter på Start i ATM-softwaren, som starter samlingen af en række billeder med trinvise stigninger i forsinkelsestrinpositionen mellem de valgte start- og stoppositioner. Tag derefter en tidsserie af billeder på forskellige forsinkelsestrinpositioner for at generere en hyperspektral scanning.Brug den analoge enhed til at sende og modtage ttl-signaler til og fra SFTRU-systemet for at synkronisere billedoptagelse og bevægelse af forsinkelsesfasen. For at skifte mellem billeddannelse i CH-vibrationsområdet til amide I-vibrationsområdet skal pumpebølgelængden i lasersoftwaren ændres fra 802 nanometer til 898 nanometer. Skift endvidere Stokes spredningsindstilling i ATM-softwaren fra 30 millimeter til 5 millimeter.Juster den nederste knap på spejlbeslaget for at foretage en lille justering af spejlet i pumpestrålens spredningsvej inde i SFTRU-boksen ved at ændre spejlvinklen med en trinvis mængde. For at validere den kemiske selektivitet af polystyrenmikrosfærerne blev hyperspektral stimuleret Raman-spredning og spontane Raman-spektre registreret. Spektrene var identiske bortset fra den observerede forskel i den relative intensitet.Den stimulerede Raman-spredningsbilleddannelse af 4T1-kræftceller blev udført ved 2.852, 2.930 og 2.968 bølgetal, svarende til carbon-hydrogen-strækvibrerende vibrationsbånd af lipid-, protein- og DNA-biomolekyler. Multimodal billeddannelse af 4T1 kræftceller doseret med guldnanopartikler blev udført for at undersøge nanopartikelfordelingerne i kræftceller. De erhvervede stimulerede Raman-spredningsbilleder blev opnået til CH2- og CH3-kanal, LysoTracker-fluorescerende sonder og off-resonansstimuleret Raman-spredningskanal.Den vigtigste ting at huske er at ændre vibrationsområdet, pumpereferencen, i lasersoftwaren og også Stokes dispersionsindstillingen under protokollen. Dette system kan let skiftes fra femtosekund til picosekund region uden at påvirke optisk justering. Denne funktion giver os mulighed for at udføre multiphoton sammenhængende Raman-spredning og pumpesondespektroskopi og deres anvendelser.Denne multimodale billeddannelsesplatform giver ny indsigt i nanomedicin og baner vejen for molekylær billeddannelse af celler, væv og guldnanopartikler.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Biomolecular Detection employing the Interferometric Reflectance Imaging Sensor (IRIS)

Biomolecular Detection employing the Interferometric Reflectance Imaging Sensor IRIS

The sensitive measurement of biomolecular interactions has use in many fields and industries such as basic biology and microbiology, ...

Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy

Optical microscopy, providing valuable insights at the cellular and organelle levels, has been widely recognized as an enabling biomedical technology. As ...

Analyzing Cellular Internalization of Nanoparticles and Bacteria by Multi-spectral Imaging Flow Cytometry

Nanoparticulate  systems have emerged as valuable tools in vaccine delivery through their  ability to efficiently deliver cargo, including proteins, to ...

Quantitative Optical Microscopy: Measurement of Cellular Biophysical Features with a Standard Optical Microscope

Kvantitative optisk mikroskopi: Måling af Cellular Biophysical Features med en standard optisk mikroskop

We describe the use of a standard optical microscope to perform quantitative measurements of mass, volume, and density on cellular specimens through a ...

Preparation of Mica Supported Lipid Bilayers for High Resolution Optical Microscopy Imaging

Udarbejdelse af Mica Understøttet lipiddobbeltlagenes for High Resolution optisk mikroskopi Imaging

Supported lipid bilayers (SLBs) are widely used as a model for studying membrane properties (phase separation, clustering, dynamics) and its interaction ...

Fluorescence-quenching of a Liposomal-encapsulated Near-infrared Fluorophore as a Tool for In Vivo Optical Imaging

Fluorescence-quenching of a Liposomal-encapsulated Near-infrared Fluorophore as a Tool for In Vivo Optical Imaging

Fluorescens-quenching af et liposomalt indkapslet Near-infrarøde fluorofor som et værktøj til<em&gt; In Vivo</em&gt; Optisk Imaging

Optical imaging offers a wide range of diagnostic modalities and has attracted a lot of interest as a tool for biomedical imaging. Despite the enormous ...

Biofunctionalized Prussian Blue Nanoparticles for Multimodal Molecular Imaging Applications

Biofunctionalized Prussian Blue Nanopartikler til multimodal Molekylære billedbehandling

Multimodal, molecular imaging allows the visualization of biological processes at cellular, subcellular, and molecular-level resolutions using multiple, ...

Correlative Light- and Electron Microscopy Using Quantum Dot Nanoparticles

Korrelative lys- og Electron Microscopy Brug Quantum Dot Nanopartikler

A method is described whereby quantum dot (QD) nanoparticles can be used for correlative immunocytochemical studies of human pathology tissue using ...

Targeted Plasma Membrane Delivery of a Hydrophobic Cargo Encapsulated in a Liquid Crystal Nanoparticle Carrier

Målrettet plasmamembran Levering af en hydrofob Cargo indkapslet i en Liquid Crystal Nanopartikel Carrier

The controlled delivery of drug/imaging agents to cells is critical for the development of therapeutics and for the study of cellular signaling processes. ...

Long-term Live Imaging Device for Improved Experimental Manipulation of Zebrafish Larvae

Langsigtet Live Imaging enhed for forbedret eksperimentelle manipulering af zebrafisk larver

The zebrafish larva is an important model organism for both developmental biology and wound healing. Further, the zebrafish larva is a valuable system for ...