超分辨率顯微鏡的主要局限是什么?大多數遠場超分辨率顯微鏡使用熒光標記。這方面的一個主要問題是它需要熒光團，其在實驗的時間尺度期間經常漂白。這意味著信號將在測量過程中關閉，無法進行進一步分析。因此，能夠在沒有漂白的情況下進行超分辨率或者能夠擾亂動力學的大型發(fā)色團，可能會非常棒。

如何使用拉曼光譜來克服這些問題?

拉曼光譜本質上是無標記的。您可以將它與非常小的兩個原子標簽一起使用以提供更高的靈敏度，但在大多數情況下，您無需進入并標記樣品。相反，您可以通過其獨特的拉曼光譜同時查看幾種化學成分。

由于拉曼光譜不涉及使用發(fā)色團，因此沒有漂白。這解決了超分辨率顯微鏡中常見的漂白問題。

請描述您最近開發(fā)的超分辨率拉曼顯微鏡技術。

我們的技術結合了已有的兩種不同技術。在顯微鏡領域，我們借鑒了受激發(fā)射耗盡顯微鏡(STED)的想法。我們將其與受激拉曼顯微鏡領域的專業(yè)知識相結合，創(chuàng)建了超分辨率顯微鏡技術。

基本上，我們的顯微鏡涉及三激光束技術，我們在樣品中產生受激拉曼信號，然后我們可以在這個初始激發(fā)點周圍的環(huán)形區(qū)域中將其關閉。我們只從這個甜甜圈的中心得到一個拉曼信號。這類似于STED如何與熒光一起工作。

這項技術的主要優(yōu)點是什么?

該系統(tǒng)的主要優(yōu)點是它不含標簽，因此您無需預先進行任何樣品制備，以針對系統(tǒng)中的不同化學物質。

另一個關鍵優(yōu)勢是您可以同時查看多個組件。例如，在細胞中，我們可以看到我們添加到系統(tǒng)中的蛋白質，脂質種類和小分子。我們可以在實際空間和實時跟蹤所有這些，無需任何大量的樣品制備或標簽。從這個意義上講，這是非常有利的。

生物學之外還有許多系統(tǒng)，標簽是不可能的。例如，采用有機光伏或電化學系統(tǒng)。將熒光標記整合到這些系統(tǒng)中是非常困難的，如果不是不可能的話。在納米長度尺度上觀察這些技術的大氣光學成像技術開辟了新的機會。

這項新技術打破了光學衍射極限。為什么這對研究細胞脂質動力學有用?

如果你看一下細胞膜，你會看到約400,000個脂質分子。我們知道細胞膜在納米長度尺度上是非常不均勻的，并且它們在這些非常短的長度尺度上在組成，厚度，流動性和曲率上變化。但是，我們不知道這對他們的功能意味著什么，因為它很難看。

打破這種光學衍射極限意味著我們可以探測單個蛋白質周圍的區(qū)域，而不是對所有這些區(qū)域進行平均。我們還可以弄清楚這些局部結構如何影響功能。

研發(fā)科學家必須了解新化合物如何與細胞相互作用。如何使用這種技術來理解藥物輸送機制?

目前，大約70%的藥物靶向跨膜蛋白。我們不知道這些蛋白質周圍的局部環(huán)境如何影響藥物分子結合然后影響信號轉導的能力。我們真正想知道的是膜環(huán)境與藥物性能之間的結構 - 功能關系。我們的技術允許我們通過專注于細胞膜的特定組分來做到這一點。

什么是等離子體納米材料以及等離子體底物如何改善拉曼光譜?

如果你將一個分子粘在其中一個熱點區(qū)域，你會發(fā)現(xiàn)拉曼信號顯著增加到可以做單分子表面增強拉曼光譜的程度。在這些非常局部的區(qū)域中，您可以將信號提升許多個數量級。等離子體材料在與光相互作用方面非常出色。如果你在等離子體材料上發(fā)光，它們可以將光線集中到納米長度尺度。它們還可以產生增強的電磁場強度的熱點區(qū)域。

了解化學相互作用是藥物開發(fā)的關鍵部分。如何使用等離子體增強拉曼技術以超快的速度實時研究反應?

現(xiàn)在等離子體世界對于在這些熱點區(qū)域進行化學反應有很多興奮。如果你將一個分子粘在這個電磁場強度非常強的區(qū)域，就會產生大量的熱量和大量高能電子。這導致了一個問題，即在這個非常獨特的環(huán)境中你能做出什么樣的化學反應?

人們已經證明你可以用陽光和這些納米材料做催化作用。關于這種機制還不是很多。我們用超快速表面增強拉曼技術(SERs)做的是試圖了解這些等離子體如何與分子相互作用，如何斷裂和結合，并試圖實時觀察這些過程，以了解這背后的機制催化。

這種技術的一個主要限制是等離子體可能會損壞樣品并干擾研究結果。這可以避免或減少嗎?

關于與熱有關的損害有很多問題。也就是說，這些等離子體材料加熱樣品或損壞樣品多少錢?在某些情況下，這是非常有利的。對光熱療法有一整類等離子體研究。如果您可以將這些材料用于說癌細胞并加熱它們，它們會損壞材料，這正是您想要的。

然而，在催化領域的情況下，加熱和相關的損壞不是特別有益。這是加熱分子的非常昂貴的方法。我們有更便宜，更有效的方法。

我們小組中一直在做的事情之一是試圖了解等離子體如何以可能導致熱相關損害的方式將能量轉移到分子上。我們試圖看看我們是否可以調整等離子體材料或周圍環(huán)境，試圖在這些非?？斓臅r間尺度上控制它。

您的研究團隊未來幾年會是什么樣子?

我們很高興將我們一直在開發(fā)的一些拉曼技術應用于新發(fā)現(xiàn)的問題。例如，光催化和太陽能轉換，以及設計材料或光學腔以促進某些反應。

我認為這種超分辨率拉曼技術有很多令人興奮的應用，它可以提供現(xiàn)有技術無法提供的信息。例如，在人類健康，能量轉換或電池研究中。我們很高興能夠合作并嘗試很多這些不同的領域。

你對Pittcon 2019有什么看法?您會向您所在領域的其他人推薦會議嗎?

Pittcon在分析化學研究的廣度方面令人驚嘆。我想說我的小組并不僅僅將自己定義為分析化學家。因此，能夠在不同的分析化學領域獲得不同的觀點是非凡的。

會議的規(guī)模和并發(fā)會談的數量令人驚訝。這是一個與光譜學，電化學，質譜和許多其他分析領域的人交談和認識的好地方。

讀者可以在哪里找到更多信息?

關于Frontiera研究小組。

Renee和她的科學家團隊的所有論文。

關于Renee Frontiera

Renee Frontiera是明尼蘇達大學化學系的副教授和McKnight Land-Grant教授。她獲得了博士學位。2009年，他從加州大學伯克利分校畢業(yè)，并在西北大學獲得博士后博士學位。自2013年以來，她一直在明尼蘇達大學工作。

Frontiera的研究小組研究膜蛋白生物物理學，替代能源和納米技術的基本和應用問題。

該小組旨在開發(fā)和應用新的光譜和顯微技術，以檢查分子如何在納秒長度尺度上以飛秒時間分辨率進行動態(tài)反應。

贊助內容政策：

News-Medical.net發(fā)布可能來自我們現(xiàn)有商業(yè)關系的來源的文章和相關內容，前提是此類內容為News-Medical.Net的核心編輯精神增添價值，即教育和通知網站對醫(yī)學研究，科學，醫(yī)療設備和治療感興趣的游客。