拉曼、质谱、AFM三种成像技术结合用于生物成像

　　最近这些年，将振动光谱、质谱和原子力显微镜（AFM）成像技术方面的研究逐渐兴起,并且发展迅速。这几种技术在成像应用方面的确非常有潜力，尤其是在生物医药领域。来自德国耶拿大学的Thomas Bocklitz博士就致力于将这三项成像技术结合以更好的发挥他们的作用。 Bocklitz精通数学物理学、生物物理学和化学信息学，以下是对Bocklitz的采访节选。

在最近的一项研究中，您将拉曼显微成像和基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)成像相结合(1)，用在分析鼠脑等生物组织。您为何要将这两种技术用在一起呢?

　　Bocklitz：我们结合这两个技术(拉曼显微成像和MALDI-TOF-MS)主要有两个目的。其一是两种技术渠道的结合必然能给生物组织分析带来更加全面和综合的视野，我们能从中获取更多的信息。目的之二是我们想通过MALDI-TOF的使用更加了解生物组织的拉曼光谱信息。

在分别完成MALDI-TOF成像和拉曼成像之后，数据相关性调整是此项研究的初始阶段，称为“登记步骤”。在这个阶段是否存在挑战?

　　Bocklitz: 两种成像方式的数学校准基于对应记录的标记，这种标记能很大程度上影响校准质量。我们面临的挑战是将一个成像方式的信息值转换为其他的参考系统。除此之外，两种成像方式带来的信息图像量非常大，更增加了信息值转换的难度。

接下来，将结合的数据关联起来也就是最为关键的步骤。这个步骤中有哪些复杂性产生?

　　Bocklitz: 在这个步骤中最复杂的并不是技术问题，而是在多种研究中的实际问题。在拉曼光谱、MALDI质谱、生物学中的专家需要共同工作将他们的知识结合在一起。

在您的这项研究之前也有将质谱和振动光谱技术结合使用的先例，但只提供了定性信息数据。您在研究中提出了定量比较方法，您称之为“量化相关性”。那么什么是“量化相关性”，您又是如何应用的?

　　Bocklitz: 我们使用这个词“量化相关性”，是说可以用我们的方法获取图像中某一点的光谱信息，同样我们也可以用它来定量。例如，可以利用m/z 703这个信息来建立一个拉曼光谱的回归模型。我还要强调一下，并不是定性相关性不如定量相关性重要，不同的途径方法应该区分开来。

您认为这个方法带来的最大好处是什么?

　　Bocklitz:使用这个方法，拉曼光谱信息和MALDI质谱信息共同提供生物组织的综合视图和信息。该方法也许能够为基本诊断找到新的视角和标记物。

在另外一项研究中(2)，您将原子力显微镜(AFM)与成像相结合来区分五种病毒，用在如传染病的疾病诊断中。在此方法中，您应用“图像矩法”来分析AFM得到的图像记录，从而将图像的形态学转化为如高度、体积和面积等量化的信息，接下来再用以统计分析。与其它显微镜技术如电镜和扫描隧道显微镜相比，将AFM用于病毒分析有何优势?

　　Bocklitz: 我也认为电镜和扫描隧道显微镜是研究病毒的标准技术。然而，这两种技术需要严格的样品准备过程，如样品真空腔环境、金属薄膜等。以上两种样品准备方式都会极大程度的改变样品。而AFM并非如此，其可以测定潮湿样品。对于AFM的优势，还有一点也值得一提。我们将AFM的相关数据信息与尖端增强拉曼和常规成像分析相结合。

方法中的数据分析存在怎样的挑战?

　　Bocklitz:这个方法中最大的挑战就是数学数据分析，与此相比别的困难都显得微不足道。一旦这个难题解决了，接下来就是将所有测得的数据和分析步骤整合在一起。

您认为在此方法的基础上是否可能建立一种自动化病毒鉴定方法?

　　Bocklitz:是的，很有可能。而问题是这种方法能够适用于多大范围的病毒类别。我认为病毒家族能将通过AFM的精确测量所预测，但这需要未来研究的证明。

您接下来将研究哪些内容?

　　Bocklitz: 接下来的研究内容将与以上谈到的两个方面相关。有关的投稿已经递交，希望都能够被录用。除此之外，我还在做另外两个有趣的研究：从非线性多对比显微成像中获取生物医学相关信息;拉曼光谱测量标准化。这两项研究对于将拉曼光谱和非线性多对比显微镜技术带入到临床从而成为标准诊断手段具有重要意义。

　参考文献

　　（1）. T.W. Bocklitz, A.C. Crecelius, C. Matthaus, N. Tarcea, F. Eggeling, M. Schmitt, U.S. Schubert, and J. Popp, Anal. Chem. 85(22), 10829–10834 (2013). doi: 10.1021/ac402175c.

　　（2）. T. Bocklitz, E. Kammer, S. Stockel, D. Cialla-May, K. Weber, R. Zell, V. Deckert, and J. Popp, J. Struct. Biol. 188(1), 30–38 (2014). ISSN 1047-8477. doi: 10.1016/j.jsb.2014.08.008. URL

　　《Spectroscopy》节选编译