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Sci Adv丨新型显微镜技术INSPIRE问世：同时捕捉分子的"声音"与"影子"单光束探测的互补模态振动光谱生物成像

BioArt · 公众号 · 生物 · 2024-12-17 08:55

正文

传统上，由于光学过程的差异，科学家们要么观察分子的红外吸收（类似分子的"影子"），要么观察拉曼散射（类似分子的"声音"），但很难同时观察这两种特性。这就像只能看到一个物体的正面或侧面，无法同时看到两个视角。

2024年12月12日，浙江大学物理学院张德龙，浙江大学生物医学工程与仪器科学学院Hyeon Jeong Lee（李炫祯）；浙江大学医学院俞梦飞，联合开发出一种名为INSPIRE的创新显微镜技术，突破了上述限制，通过频率复用技术，利用一束探测光同时捕捉这两种振动光谱信号，可以同时观察分子的两种不同特性，为生物医学研究开辟了新途径。就像一个能够同时听到超声波和看到红外线的超级探测器，这项技术让我们能够获得前所未有的分子层面的详细信息。相关工作以INSPIRE: single-beam probed complementary vibrational bioimaging为题发表在Science Advances。

图1. INSPIRE显微镜的原理和装置图。

这项技术的优势突出表现在几个方面。它不需要对样本进行染色或标记，避免了对活体样本的干扰；可以实现匹配的双模态亚微米级的高分辨率成像，能够观察到细胞内的精细结构；更重要的是，它能同时获取两种互补的分子信息，从而提供更全面的化学特征描述。

研究团队已经在多个领域展示了这项技术的应用潜力。在干细胞分化的代谢研究方面，科研人员观察到了干细胞向成软骨细胞分化过程中的细微变化。他们发现在分化的早期阶段，细胞内的粘多糖与脂滴的数量显著增加，同时蛋白质的分布也发生了明显改变。这些发现为理解干细胞分化机制提供了新的视角，有望推进再生医学的发展。

在神经疾病研究领域，研究人员利用这项技术观察了患有阿尔茨海默病的小鼠大脑组织。他们在纹状体区域发现了特殊的脂质结构，并捕捉到了与胆固醇相关的特征性信号。这些发现可能有助于我们更好地理解阿尔茨海默病的发病机制，为早期诊断和治疗提供新思路。

研究团队还在模式生物秀丽隐杆线虫上进行了实验，展示了这项技术在整体生物研究中的应用前景。通过INSPIRE显微镜，他们不仅能够清晰地观察线虫体内各器官的结构，还能准确地了解脂肪和蛋白质在体内的分布情况，为研究衰老和疾病机制提供了新的研究工具。

这项技术未来的研发聚焦在提高成像速度、灵敏度和自动化程度等方面。随着技术的不断完善，INSPIRE显微镜有望在生物医学研究、药物开发、疾病诊断和材料科学等多个领域发挥重要作用。通过不断推动科技创新，人类正在逐步揭开生命的奥秘，朝着攻克重大疾病的目标迈进。

原文链接

https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.adm7687

制版人：十一

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