IST 的新型紅外線顯微鏡技術可對細胞中的生物分子進行詳細成像，支持生物技術和細胞療法的進步。
為了推動生物技術創新，科學家們正在努力開發更快、更定量、更容易觀察活細胞中生物分子的方法。
現在，美國國家標準與技術研究所 (NIST) 的研究人員開發了一種新方法，可以使用紅外線 (IR) 光捕獲細胞內生物分子的清晰圖像，這在以前是不可能的，因為細胞內的水可以吸收紅外線。
NIST 的新方法消除了基於紅外線的測量中水的模糊影響，使研究人員能夠確定細胞中關鍵生物分子的含量，例如指導細胞功能的蛋白質。測量活細胞變化的能力可以加速生物製造、細胞療法開發、藥物開發等領域的進步。
他們的研究結果發表在《分析化學》期刊。
了解紅外線顯微鏡及其挑戰
紅外線輻射是超出人眼可見範圍的光。雖然我們 瑞士 電話號碼庫 看不到紅外光，但我們可以感覺到它是熱的。在紅外線顯微鏡中，感興趣的材料吸收紅外光譜中一系列波長的輻射。科學家測量和分析樣品的紅外線吸收光譜，產生一組「指紋」來識別分子和其他化學結構。然而，水是細胞內外最豐富的分子，它強烈吸收紅外線，並掩蓋了細胞內其他生物分子對紅外線的吸收。
理解這種光學掩蔽效應的一種方法是將其與飛機飛過太陽附近的頭頂時進行比較。由於太陽的影響，用肉眼很難看到飛機，但是如果使用特殊的防曬濾鏡，那麼您可以輕鬆地看到天空中的飛機。
NIST 化學家Young Jong 表示：「在光譜中，水對紅外線的吸收非常強烈，我們希望透過厚厚的水背景看到蛋白質的吸收光譜，因此我們設計了光學系統來揭示水的貢獻並揭示蛋白質訊號。
利用 SAC-IR 推進細胞分析
Lee 開發了一項專利技術，該技術使 了解軟體開發中技術峰值的概念 用光學元件來補償紅外線的水吸收。該技術稱為溶劑吸收補償（SAC），與手工製作的紅外線雷射顯微鏡一起使用，對支持結締組織（稱為成纖維細胞）形成的細胞進行成像。在 12 小時的觀察期內，研究人員能夠識別細胞週期階段（例如細胞分裂）的生物分子群（蛋白質、脂質和核酸）。雖然這看起來可能很長，但該方法最終比目前的替代方法更快，因為目前的替代方法需要在大型同步加速器設施中進行束流時間。
這種稱為 SAC-IR 的新方法是無標記的，這意味著它不需要任何染料或螢光標記，這些染料或螢光標記可能會損害細胞，並且在整個實驗室中產生不太一致的結果。
SAC-IR 方法使 NIST 研究人員能夠測量細胞中蛋白質、核酸、脂質和碳水化合物的絕對品質。該技術可以幫助為測量細胞中生物分子的標準化方法奠定基礎，這在生物學、醫學和生物技術中可能有用。
「例如，在癌細胞療法中，當來自患者免疫系統的細胞被修改以更好地識別和殺死癌細胞，然後再重新引入患者體內時，人們必須問，『這些細胞安全有效嗎？’我們的方法可以透過提供有關細胞生物分子變化的額外見解來評估細胞健康狀況，」Lee 說。
其他潛在的應用包括使用細胞進行藥物篩選，無論是發現新藥還是了解候選藥物的安全性和有效性。例如，這種方法可以透過測量大量單一細胞中各種生物分子的絕對濃度來幫助評估新藥的效力，或分析不同類型的細胞對藥物的反應。
未來的應用與改進
研究人員希望進一步開發這項技術，以便能 細胞數據 夠更準確地測量其他關鍵生物分子，例如DNA和RNA。該技術還可以幫助為細胞生物學的基本問題提供詳細的答案，例如哪些生物分子特徵與細胞活力相對應——換句話說，細胞是活著、正在死亡還是死亡。
「有些細胞在冷凍狀態下保存數月或數年，然後解凍以備後用。我們尚未完全了解如何在保持最大活力的同時最好地解凍細胞。憑藉我們新的測量能力，我們也許能夠透過觀察細胞的紅外光譜來開發更好的細胞冷凍和解凍過程。