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使用新放大增強方法實現生物醫學組織樣品的高空間分辨率 FTIR 成像
閱讀：648 發布時間：2022-3-5前言：傅立葉變換紅外 (FTIR) 成像是一項成熟的分析方法，可同時獲得微米級范圍的光 譜和空間信息。這一技術已廣泛用于多種不同的應用領域，從高分子科學到生物 醫學成像。近年來，人們越來越關注通過主要使用基于同步加速器的系統，來提 高受到衍射極限制約的 FTIR 成像系統的空間分辨率。 在本應用簡報中，我們展示了一項使用現有物鏡實現放大增強的新型方法。最 終，我們的 FTIR 系統顯示出 1 µm/像素級別的高空間分辨率成像能力。*的 是，這種構造在設置不同的放大倍率時不需更換物鏡，從而保持了常規物鏡相對 較大的工作距離（約 21 mm）。
為評估和比較新方法的性能，我們分別使用標準放大倍率 FTIR、高放大倍率 FTIR 以及多光束同步加速器 FTIR 對生物 醫學樣品（未固定的鼠腦冷凍切片）進行 FTIR 成像分析 [1]。
實驗部分 儀器 我們將安捷倫科技公司的 Cary 670 FTIR 光譜儀和帶有高能 量碳化硅棒光源的 Cary 620 FTIR 配合使用，分別在標準放 大和高倍放大條件下采集數據。為進行比較，我們還使用 了配備有多光束同步加速器 (IRENI) 光源的非安捷倫 FTIR 成像系統采集數據 [1]。
每種技術的操作參數列于表 1。
結果和討論 圖 1 A-C 的照片和化學圖像中清楚地顯示出 3xTG AD 小鼠 腦中豐富的重要組分。這些圖像分別來自于安捷倫標準配 置顯微鏡、同步加速器 (IRENI) 系統以及安捷倫高倍放大配 置顯微鏡。
結果表明，安捷倫新型高分辨率技術顯著提高了空間分辨 率，可達 1.1 µm/像素，與之相比，安捷倫標準配置顯微鏡 的空間分辨率僅為 5.5 µm/像素。多光束同步加速器光源 (IRENI) 帶有寬場照明和在整個光譜范圍內達到或超越衍射 極限的有效幾何分辨率，與之相比，我們的新型改良方法可 至少獲得與 IRENI 相當的結果
當觀察微米級樣品時，增加的空間與光譜細節（通過減少像 素之間的模糊實現）非常有價值，因為所揭示的這些信息是 標準配置的顯微鏡無法分辨的。 當像素分辨率為 5.5 µm/像素時，光譜圖顯示的是采樣像素 區域內所有化學組分的總和。我們的新型方法使用軟件控 制和自動化“高放大倍率機制"增加了有效放大倍率，更重 要的是不需改變物鏡，因此可在保持完整的 21 mm 物鏡工 作距離的前提下，實現 1.1 µm/像素的像素分辨率。
在圖 2 的例子中，圖中用箭頭標出的部分是體積更小、高 度聚集的物體，在更大的像素內將不可觀察到這一現象。 更為重要的是，隨著空間分辨率的提高，分析人員可獲得更 “純"的 FTIR 光譜，如圖所示，脂類的 CH 吸收峰在高放大 倍率模式下具有更高的強度，而在標準放大倍率模式下則因 被平均而強度較低。比較光譜顯示于圖 2 中。 圖 3 (A) 顯示了致密斑塊核心的圖像，(B) 周圍滲入了脂質 狀組分 [2]。這張圖表明，正如預期的那樣，在這個波長區 域內，使用高放大倍率儀器可獲得與 IRENI（見圖 1 B iv） 相同水平的細節信息。
結論 結果表明，與標準放大倍率 (5.5 µm) 相比，高放大倍率模 式 (1.1 µm) 能夠提供更多的光譜和空間細節信息；與基于 同步加速器的高放大倍率系統相比，我們的高放大倍率模式 可獲得相當的或更好的細節信息，特別是在低于 1800 cm-1 的信息豐富的指紋區。 此外，由于使用了更大的視野和全尺寸 (128x128) FPA，新 型方法的圖像采集時間比作為金標準的多光束同步加速器儀 器快了約 10 倍。 另外，標準放大倍率 (5.5 µm) 和高放大倍率 (1.1 µm) 模式 操作時不需改變物鏡，因此可保持 21 mm 的全物鏡工作距 離，這就意味著用戶將樣品放置在顯微鏡物鏡下測量時，不 需受到樣品形狀、大小以及形式的限制。