La nueva tecnología láser mejora la espectroscopia Brillouin Raman

Existen claras diferencias entre las células cancerosas y las células normales en cuanto a morfología, propiedades químicas y propiedades mecánicas. El descubrimiento de las propiedades citoquímicas y mecánicas de los tejidos tumorales puede proporcionar información multidimensional del proceso patológico de las células y tejidos humanos. Entre los métodos de detección actuales para la morfología, la mecánica y las propiedades químicas de tejidos y células, la espectroscopia Raman confocal puede detectar las propiedades químicas de microrregiones de muestras sin contacto ni etiqueta, y la espectroscopia Brillouin confocal puede detectar propiedades mecánicas de microrregiones de muestras sin contacto y no destructivas. muestras Se espera que la combinación de la espectroscopia Raman confocal con la espectroscopia Brillouin para la detección simultánea e in situ de la morfología 3D, las propiedades químicas y las propiedades mecánicas de diminutas regiones de tejido e incluso estructuras subcelulares proporcione un nuevo medio para la detección multidimensional de la patogenia tisular y celular. .

La tecnología actual de microscopía de imágenes espectrales Raman/Brillouin carece de capacidad de enfoque en tiempo real de alta resolución, por lo que el tamaño del punto enfocado en la muestra cambia con la fluctuación de la muestra en el proceso de escaneo, restringiendo así la realización de la resolución espacial teórica de el sistema de espectroscopia confocal. En segundo lugar, debido a los espectros de dispersión Raman y Brillouin deficientes y al largo tiempo de integración, es fácil que el espectroscopio confocal se vea afectado por la aberración del sistema y provoque desenfoque, lo que afecta la resolución espacial y la calidad de la imagen. Además, cuando se utiliza para obtener imágenes de muestras de portaobjetos de tejido biológico, la señal de fluorescencia generada por la incidencia vertical reducirá la relación señal-ruido del espectro Raman de la muestra, lo que afecta la resolución del espectro Raman y la detección del espectro Brillouin y reduce la precisión de detección.

Por lo tanto, en un nuevo artículo publicado en Light Science & Application, un equipo de científicos dirigido por el profesor Weiqian Zhao del Instituto de Tecnología de Beijing propuso una nueva espectroscopia Raman-Brillouin de barrido láser confocal (DLDCRBSM) con alta estabilidad, potencia de alta resolución y resistencia a la dispersión. como se muestra en la Fig. 1(a), que tiene una patente china (ZL 201410086366.5) y una patente europea (EP 3118608 B1). Al combinar la microscopía confocal diferencial láser de apertura dividida con la espectroscopia Raman y Brillouin, se utilizó la microscopía confocal para lograr un enfoque nanométrico de la muestra y mejorar la resolución espacial y la estabilidad, y se usó la tecnología de apertura dividida para suprimir eficazmente la interferencia de la luz parásita. de la capa de desenfoque y las luces reflejadas para mejorar la relación señal-ruido, y utilizó detección discreta coaxial de alta resolución para lograr un espectro de imágenes simultáneas de alta resolución espacial y alta estabilidad de topografía geométrica, espectro Raman y Brillion de la misma área.

Basado en el método propuesto, se desarrolló un microscopio de espectroscopio Raman-Brillouin diferencial de apertura dividida con alta resolución espacial, enfoque de imágenes 3D y capacidad de seguimiento, como se muestra en la Fig. 1 (b). Tiene una resolución de enfoque axial de 1 nm, una resolución de vista lateral de imagen espectral superior a 400 nm y una resolución de detección espectral Raman de 0,7 cm.^-1 La precisión de detección del espectro de Brillouin es de 0,5 GHz.

Se utilizó un microscopio construido para una muestra de polimetilmetacrilato (PMMA) en forma de tira sobre un sustrato de Si y se obtuvieron imágenes claras de la muestra debido a su enfoque axial en tiempo real, como se muestra en la Fig. 2(a). Por lo tanto, se verificó que el método propuesto tiene la capacidad de resistir la deriva. Se utilizó un microscopio de fusión de muestra transparente de doble capa con la capa superior de PMMA y la capa inferior de SiO.₂, y las medidas se muestran en la Fig. 2(b). La figura 2(b) indica que un microscopio estático tiene la capacidad de suprimir la interferencia de la luz parásita desenfocada.

El mapeo de Raman y Brillouin de los tejidos con cáncer gástrico y los tejidos normales adyacentes se realizó utilizando espectroscopía confocal de última generación. Los resultados confirmaron la hipótesis anterior de que los cambios en los proteomas en los tejidos cancerosos y los cambios en la viscosidad del tejido conducen a una mayor invasividad.

La figura 3(a) muestra los resultados de la formación de imágenes quimiotácticas de tejidos con cáncer gástrico y sus tejidos normales adyacentes mediante esta microscopía de espectroscopia confocal diferencial, y el foco se caracteriza por la intensidad máxima característica de los espectros Raman. En comparación con los tejidos normales adyacentes, la concentración de colágeno en los tejidos con cáncer gástrico fue baja y la distribución fue discreta. La concentración de material de ADN en las células de cáncer gástrico es alta y el rango de distribución es amplio. La concentración de la proteína en la matriz celular de los tejidos de cáncer gástrico fue baja. La concentración de lípidos en los tejidos con cáncer gástrico es alta dentro de la matriz, mientras que la distribución de lípidos en los tejidos normales es relativamente uniforme.

La figura 3(b) muestra los resultados de las imágenes de las propiedades mecánicas de los tejidos con cáncer gástrico y los tejidos normales adyacentes mediante espectroscopia confocal diferencial. El cambio de frecuencia en el espectro de Brillouin representa el módulo de almacenamiento de energía (es decir, la elasticidad) del material, mientras que el ancho total a la mitad del máximo del espectro de Brillouin representa el módulo de pérdida (es decir, la viscosidad) del material. En comparación con los resultados de las imágenes mecánicas de los tejidos normales adyacentes, la elasticidad de las células cancerosas gástricas y el material intercelular fue menor y la elasticidad de los núcleos de las células cancerosas fue mayor. La viscosidad de las células tumorales gástricas e intersticiales fue la más baja y la viscosidad del núcleo de las células tumorales fue mayor.

En este estudio, se propuso un método de obtención de imágenes de espectroscopia láser Raman-Brillouin diferencial con alta estabilidad, alta resolución y resistencia a la dispersión, y se desarrolló con éxito el instrumento correspondiente para detectar la morfología tridimensional, las propiedades mecánicas y la información multidimensional de las muestras, y se utilizado para analizar las propiedades de los tejidos tumorales para verificar aplicado. Este método puede proporcionar una nueva forma de investigar el proceso del cáncer y tratar el cáncer.