多西拉敏

供稿：敖建鹏成果简介2021年5月，复旦大学季敏标课题组与南方科技大学吴长锋课题组合作，在国际期刊 Nature Communications 发表了题为 Switchable stimulated Raman scattering microscopy with photochromic vibrational probes 的论文，通过在二芳基乙烯母体分子中引入炔基，设计出一类具有光敏特性的拉曼探针，实现了可控开关的受激拉曼散射成像。背景介绍在生命科学研究中，直接可视化细胞内大量不同的分子种类对于理解复杂的系统和过程愈渐重要。而对于荧光显微技术而言，由于荧光分子本质上的宽光谱特性，限制了其可分辨标记对象的能力，常称为“多色复用壁垒”。与荧光分子电子跃迁相对，拉曼散射表征的是振动跃迁，谱线宽度较窄，具有优越的化学特异性，目前基于炔基、氰基等拉曼信源开发出的拉曼探针已经实现了超多色复用成像，但成像分辨率依旧受到光学衍射极限的限制。在此研究背景下, 复旦大学季敏标课题组与南方科技大学吴长锋课题组合作通过赋予拉曼信号光敏活性，实现可逆光开关的拉曼振动光学成像，探索具有光敏活性的拉曼探针及其显微技术的应用可行性，为开发具备超多色复用的远场超分辨显微技术突破了关键一环。图文导读受激拉曼散射（SRS）以快速、免标记和本征三维化学组分分析的优点在显微成像领域备受青睐。为了提高成像灵敏度与特异性，基于炔基、氰基的拉曼探针被开发并用于SRS，打破了荧光显微成像中难以逾越的“多色复用壁垒”，展现了这些生物正交拉曼探针对比荧光标记分子所具备的窄峰宽、无漂白、信源尺寸小而对目标分子干扰小等优势。基于化学键振动的拉曼信号具有很好的光稳定性，早期开发的拉曼探针几乎都是“always-on”类型，意味着信号不受外界调控，失去了随机发光、光开关性等性质，直接通过外界光刺激改变拉曼信号几乎是不可能的。为了解决这一难题，课题组将炔基通过化学合成的手段连接到光异构母体分子（二芳基乙烯）上，通过光异构分子对外界光刺激的响应来调控拉曼信号，从而实现对光敏感的拉曼光谱响应。1. 通过化学合成将拉曼探针（炔基，拉曼信号强且峰位处于生物静默区，有利于后续推进至生物体系）引入二芳基乙烯母体分子中；2. 通过自发拉曼及受激拉曼散射技术对紫外与可见光照射下的分子的炔基伸缩振动模式峰位表征；左：自发拉曼；右：受激拉曼3. 将分子匀涂成膜，通过光在薄膜上自由书写/擦除文字信息并以受激拉曼散射显微读出信息；通过紫外光在薄膜上手写的“复旦”字样，并通过SRS对其成像4. 将分子进一步修饰以靶向线粒体，在细胞层面展示光开关性质的受激拉曼散射成像。光控可逆点亮/擦除喂食过光活性分子的HeLa细胞，并通过SRS对其成像受激拉曼散射作为相干模式下的拉曼散射，虽然极大的提高了拉曼信号，使得快速化学成像成为可能，但由于两束光的共振激励（ωp-ωs=Ω）局限在某一个拉曼峰位，相比于自发拉曼而言损失了全光谱信息，因此在对未知物质检测时自发拉曼光谱的测定依旧不可或缺。HORIBA LabRAM HR Evolution的1064nm激发模式很大程度上解决了常用可见光光源激发自身对光敏分子的影响，对我们的实验可靠性论证起到了极大的帮助。HORIBA LabRAM HR Evolution如果您对上述产品感兴趣，欢迎扫描二维码留言，我们的工程师将会及时为您答疑解惑。总结展望“山重水复疑无路，柳暗花明又一村。”实验过程中课题组抛开固有实验套路，另辟蹊径，最终实现了可控开关的受激拉曼散射成像，不仅为开发具有光开关性质的振动光谱探针提供了新思路，同时为光开关受激拉曼散射显微成像技术的提供可行性基础，拓展了SRS的应用范围，将有望推动超多色复用拉曼显微跨入超分辨时代。文献信息Switchable stimulated Raman scattering microscopy with photochromic vibrational probes文章署名作者：Jianpeng Ao, Xiaofeng Fang, Xianchong Miao, Jiwei Ling, Hyunchul Kang, Sungnam Park, Changfeng Wu & Minbiao Ji文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-021-23407-2扫码查看文献季敏标教授课题组简介季敏标教授课题组主要从事非线性光谱学和显微成像技术研发，并将它们用于生物医学光子学应用研究和新型材料的光电性质基础研究。在生物医学光子学领域主要发展用于肿瘤组织的快速无标记病理检测方法和脂质代谢等生物医学问题；在材料学领域主要研究新型二维材料的超快载流子和声子动力学问题等。

高灵敏微量气体传感在环境污染研究、人体挥发性有机物(VOCs)检测中具有重要的现实意义。迄今为止，已有多种分析技术用于气体检测，但多存在成本高、操作复杂、分析过程耗时等缺点。表面增强拉曼散射(SERS)作为有力的痕量分子检测工具，可利用基底的表面等离子体共振和电荷转移效应大幅增强目标分子的拉曼散射信号，具有高灵敏、简单、快捷、无损和特异指纹识别的特点，在气体传感领域具有优势。 　　近日，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所研究员张志强与博士研究生孙姣姣，开发出一种具有超高灵敏性的三维玫瑰花枝状SERS基底(BigAuNP/Au/ZnO/P)。本研究中，科研人员以化学生长与微纳加工相结合的方式，在聚偏二氟乙烯(PVDF)膜上制备了纳米氧化锌(ZnO)-金(Au)三维异质结构，其增强原理在于相邻纳米棒表面的金纳米颗粒(AuNPs)、同一纳米棒表面的相邻AuNPs、金层与AuNPs的结合点三处“热点”区域共同提高了电磁增强效应，Au和ZnO之间的电荷转移产生高密度电荷，形成内部电场，激发了ZnO纳米棒的化学增强效应。 　　该SERS基底对对巯基苯甲酸(p-MBA)分子的检测限为10-13 M，其增强因子高达2.27×107，并具有良好的均一性和可重复性(RSD 4%)。此外，PVDF膜具有多孔特性，可采用过滤式检测程序提高目标分析物与SERS“热点”的碰撞效率，有利于气体分子的高效富集。 　　科研人员以腐胺和尸胺两种挥发性有机气体为例，验证了该三维柔性SERS基底在气体传感中的检测性能。通过在SERS基底上修饰p-MBA传感单分子层，利用酰胺反应选择性地捕获腐胺和尸胺，实现了低浓度气体分子的高灵敏定量检测(腐胺检测限：1.26×10-9 M，尸胺检测限：2.5×10-9 M)，比同类研究报道的检出限高出2-3个数量级，证明了该SERS传感器在实际气体传感中的应用潜力。 　　鉴于该三维柔性SERS基底的多孔特性和优异的增强性能，将其与微流体装置和便携式拉曼光谱仪集成，搭建SERS快速检测系统，有望实现气溶胶中细菌、病毒和污染物的高效捕获与富集，发挥该三维基底在气溶胶的高灵敏检测领域的技术优势。 　　相关研究成果以Ultrasensitive SERS analysis of liquid and gaseous putrescine and cadaverine by a 3D-rosettelike nanostructure-decorated flexible porous substrate为题，发表在Analytical Chemistry上。研究工作得到国家自然科学基金、江苏省重点研发产业前瞻项目、中科院科研仪器装备研制项目等的支持。

p span style=" font-family: 楷体,楷体_GB2312, SimKai " 　　随着技术的发展以及实际应用需求的变化，小型化已经成为分析仪器的发展潮流之一，这一点在拉曼光谱仪领域表现的尤其活跃。据SDI报告的数据显示，近年来 /span span style=" font-family: 楷体,楷体_GB2312, SimKai text-decoration: none " a title=" " href=" http://www.instrument.com.cn/zc/34.html" target=" _self" strong 拉曼 /strong /a /span span style=" font-family: 楷体,楷体_GB2312, SimKai " 光谱仪器的市场以两位数在不断增长，而可以“拿出去”、应用到各行各业的便携拉曼光谱仪市场规模更大。资料显示，目前便携拉曼光谱仪器全球市场规模约为2.5亿美元，而且未来的增长更是不可限量。 /span /p p span style=" font-family: 楷体,楷体_GB2312, SimKai " 　　正是看好了这样的市场商机，很多厂商已经开始了相关产品的布局。海洋光学、必达泰克、赛默飞等很多厂商都已经推出了便携/手持式的拉曼光谱仪，2014年，TSI、万通等一些厂商也开始涉足便携/手持式拉曼产品，此外，还有不少厂家也在观望中。 /span /p p span style=" font-family: 楷体,楷体_GB2312, SimKai " 　　其实，便携/手持拉曼光谱仪的这种发展趋势在近几年的展会中已经表现的非常明显，以Pittcon 2015为例，便携/手持拉曼光谱仪几乎“遍地开花。”其中，Bruker就在Pittcon 2015上发布了该公司首款便携拉曼产品BRAVO，并于2015年七月正式在中国推出。为了让中国的用户更好的了解这款产品，近期仪器信息网编辑采访到了Bruker拉曼和气体分析部门经理Armin Gembus博士，布鲁克(北京)科技有限公司FTIR& amp Raman北方区经理/应用专家王伟陪同。 /span /p p style=" text-align: center " img title=" IMG_6541.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201507/insimg/ed400d09-f536-44e4-8fd1-7050a6902179.jpg" / & nbsp /p p style=" text-align: center " strong span style=" font-family: 楷体,楷体_GB2312, SimKai " Bruker拉曼和气体分析部门经理Armin Gembus博士 /span /strong /p p 　　 strong 看准市场 Bruker推出首款手持拉曼BRAVO /strong /p p 　　大家都知道，拉曼最大的优势是无损分析，可以通过玻璃瓶或者包装材料直接获取拉曼信号，而不需要打开包装袋。随着检测技术的成熟，人们对拉曼光谱仪又提出了新的要求，即系统的小型化、便携化、智能化，这在很多行业，尤其是制药行业对原材料的筛选、鉴别方面的需求非常明显。 /p p 　　Armin Gembus博士介绍到，“虽然现在很难估计便携拉曼在制药行业的市场有多大，但据了解之前已经有不少同类便携拉曼产品卖到了制药行业，总体来说这个市场还是蛮大的。而且，2015版中国药典新增了拉曼光谱法，给用户提供了参考方法，对这个市场具有一定的指导意义，至少用户在选择的时候会减少一些犹豫。” /p p 　　很多仪器厂商都已经意识到市场对便携/手持拉曼光谱仪的需求越来越大，而且现在市场已经有很多品牌的相关产品，不过，在使用的过程中也还存在一些问题，比如荧光干扰等。对于便携/手持式拉曼光谱仪来说，由于受限于成本、体积、功耗以及使用环境等因素，不能使用实验室中常用的方法进行荧光抑制，从而导致仪器的一些性能并不能满足使用要求，特别是制药行业的要求。这些现状促使Bruker推出手持拉曼BRAVO来满足制药行业的需求，同时，从另一方面来看，Bruker也看中了已经购买该类产品的用户更新换代的需求。 /p p 　　其实对Bruker而言，选择推出这样一款针对制药行业的便携拉曼也是基于既有客户群体考虑。Armin Gembus博士介绍到，“Bruker在红外、近红外制药行业已经有很多老客户，这些客户群体已经非常成熟，BRAVO的推出可以继续延续这个领域的优势。” /p p 　　 strong “全新一代”手持式拉曼“新”在哪里 /strong /p p 　　手持式拉曼光谱仪器的技术门槛虽然不高，但是真正做好也很不容易。布鲁克的这款BRAVO产品自称是“新一代”的手持式拉曼光谱，那么到底“新”在哪里? /p p 　　据Armin Gembus博士介绍，BRAVO的推出给用于原材料鉴定的拉曼分析仪的性能、安全性和易用性赋予了更新更高的标准： /p p 　　由于物质本身荧光效应的干扰，很多原材料鉴定不可能通过拉曼技术实现。针对这个技术瓶颈，BRAVO采用了SSE sup TM /sup (连续移频激发)专利技术来消除荧光干扰。与许多传统的产品相比，BRAVO可以获取更多种类、更广范围原材料的拉曼信息，可以得到高质量的谱图 双激发波长，只有A4纸一半大小的仪器中集成了双激光器，将光谱范围扩展到3200cm-1，可以很轻松的探索到C-H的伸缩振动，有利于制药行业的定性分析和样品分类，Duo LASER sup TM /sup 双激发波长技术确保整个光谱范围内具有最高的测量灵敏度 智能化的测试头，BRAVO的IntelliTip sup TM /sup 自动识别技术可以保证测量信息被自动保存，如果您已经定义了一个原材料， IntelliTip sup TM /sup 将建议您使用最合适的测试头进行测量，排除了误操作的可能 激光安全达到1M等级，全电子键盘输入，还有特别为医药市场设计的直观、向导式的大智能触摸屏和自动批量扫描模式等都增加了仪器操作的便利性。此外，据介绍，目前这款BRAVO新品已经通过了制药行业的3Q认证。 /p p 　　手持式仪器追求小型化似乎理所当然，但是据介绍，Bruker未来的便携拉曼有可能会做得比现在大一些，听起来这似乎有点不合潮流。而且，通过Armin Gembus博士的演示我们也发现，BRAVO的触摸屏为7英寸，与其他公司同类产品相比，屏幕也稍微偏大。据王伟介绍，在手机行业有一个发展趋势，手机屏幕越做越大，便于用户的操作，如苹果公司也推出了大屏幕的iphone，甚至ipad。其实，在手持式拉曼仪器方面也存在这样的问题，触摸屏大一些，用户操作起来更直观，更方便，操作体验也会更好一些。 /p p 　　在采访中，我们发现，与市场上同类仪器相比，BRAVO还有一个很大的不同，它本身不配备专门的谱图库，这是否会增加用户的使用难度或者工作量？对此，Armin Gembus博士介绍到，传统市面上的谱图库并不适合用户的分析工作，因为不同的配置条件下测出的谱图并不是完全一致的。对于BRAVO来说，灵敏度比较高，测量一张谱图仅需几秒，建立一个上百张谱图的数据库只需要半天的时间，而且采集一张将被录入谱库的谱图所需的时间和标准测量模式下的测量时间是相同的，最关键的是这个谱图库完全适合用户的要求。因此，用户不用担心工作量的问题，据悉，目前Bruker的技术人员正在做相关方面的培训。 /p p 　　 strong Bruker布局高中低端俱全的产品线 /strong /p p 　　一直以来，布鲁克都非常注重高端仪器及科研市场，此次推出的手持式拉曼光谱产品，其所面对的是普通用户的应用市场，这是否代表了布鲁克产品线的新布局? /p p 　　据Armin Gembus博士介绍，不管是红外还是拉曼，Bruker长期以来一直致力于研发市场(高端市场)的应用，不过近年来，随着市场格局的改变，现在也非常看重常规市场了，目前，Bruker在红外、近红外、拉曼领域已经布局了高、中、低端俱全的产品线。 /p p 　　“高端主要是研究型的，中端面向做分析的用户，而低端主要是体验型的，要求既实用又好用。” 接着，Armin Gembus博士介绍了Bruker在红外、近红外以及拉曼方面这些年来产品的布局情况： /p p 　　在红外光谱仪器方面，Bruker有高端的IFS125HR、VERTEX系列红外光谱仪，2007年推出紧凑而智能的便携式傅立叶红外ALPHA，2012年又推出独立的傅立叶红外显微镜LUMOS，主打仪器的全自动化 /p p 　　对近红外市场而言，Bruker可以为石油、化工、制药、食品、饲料等领域的用户提供完整的解决方案。据介绍，近年来在Bruker的近红外在饲料行业卖出了80多台。除此之外，Bruker还有在线型及工业现场级傅立叶变换近红外光谱仪。2013年，Bruker还推出了便携的近红外光谱仪TANGO。 /p p 　　在拉曼方面，Bruker在1988年就推出了傅立叶拉曼光谱仪，除此之外还有共聚焦拉曼和共聚焦拉曼显微镜等，除了高端市场之外，现在Bruker又推出了给用户带来全新体验的BRAVO产品，截至目前，Bruker可以为用户提供五款不同的拉曼产品，并将一直致力于更好地为客户服务，继续推出具有高附加值的仪器设备。 /p p style=" text-align: right " 撰稿编辑：叶建 /p