超分辨率显微镜的主要局限是什么?大多数远场超分辨率显微镜使用荧光标记。这方面的一个主要问题是它需要荧光团，其在实验的时间尺度期间经常漂白。这意味着信号将在测量过程中关闭，无法进行进一步分析。因此，能够在没有漂白的情况下进行超分辨率或者能够扰乱动力学的大型发色团，可能会非常棒。

如何使用拉曼光谱来克服这些问题?

拉曼光谱本质上是无标记的。您可以将它与非常小的两个原子标签一起使用以提供更高的灵敏度，但在大多数情况下，您无需进入并标记样品。相反，您可以通过其独特的拉曼光谱同时查看几种化学成分。

由于拉曼光谱不涉及使用发色团，因此没有漂白。这解决了超分辨率显微镜中常见的漂白问题。

请描述您最近开发的超分辨率拉曼显微镜技术。

我们的技术结合了已有的两种不同技术。在显微镜领域，我们借鉴了受激发射耗尽显微镜(STED)的想法。我们将其与受激拉曼显微镜领域的专业知识相结合，创建了超分辨率显微镜技术。

基本上，我们的显微镜涉及三激光束技术，我们在样品中产生受激拉曼信号，然后我们可以在这个初始激发点周围的环形区域中将其关闭。我们只从这个甜甜圈的中心得到一个拉曼信号。这类似于STED如何与荧光一起工作。

这项技术的主要优点是什么?

该系统的主要优点是它不含标签，因此您无需预先进行任何样品制备，以针对系统中的不同化学物质。

另一个关键优势是您可以同时查看多个组件。例如，在细胞中，我们可以看到我们添加到系统中的蛋白质，脂质种类和小分子。我们可以在实际空间和实时跟踪所有这些，无需任何大量的样品制备或标签。从这个意义上讲，这是非常有利的。

生物学之外还有许多系统，标签是不可能的。例如，采用有机光伏或电化学系统。将荧光标记整合到这些系统中是非常困难的，如果不是不可能的话。在纳米长度尺度上观察这些技术的大气光学成像技术开辟了新的机会。

这项新技术打破了光学衍射极限。为什么这对研究细胞脂质动力学有用?

如果你看一下细胞膜，你会看到约400,000个脂质分子。我们知道细胞膜在纳米长度尺度上是非常不均匀的，并且它们在这些非常短的长度尺度上在组成，厚度，流动性和曲率上变化。但是，我们不知道这对他们的功能意味着什么，因为它很难看。

打破这种光学衍射极限意味着我们可以探测单个蛋白质周围的区域，而不是对所有这些区域进行平均。我们还可以弄清楚这些局部结构如何影响功能。

研发科学家必须了解新化合物如何与细胞相互作用。如何使用这种技术来理解药物输送机制?

目前，大约70%的药物靶向跨膜蛋白。我们不知道这些蛋白质周围的局部环境如何影响药物分子结合然后影响信号转导的能力。我们真正想知道的是膜环境与药物性能之间的结构 - 功能关系。我们的技术允许我们通过专注于细胞膜的特定组分来做到这一点。

什么是等离子体纳米材料以及等离子体底物如何改善拉曼光谱?

如果你将一个分子粘在其中一个热点区域，你会发现拉曼信号显着增加到可以做单分子表面增强拉曼光谱的程度。在这些非常局部的区域中，您可以将信号提升许多个数量级。等离子体材料在与光相互作用方面非常出色。如果你在等离子体材料上发光，它们可以将光线集中到纳米长度尺度。它们还可以产生增强的电磁场强度的热点区域。

了解化学相互作用是药物开发的关键部分。如何使用等离子体增强拉曼技术以超快的速度实时研究反应?

现在等离子体世界对于在这些热点区域进行化学反应有很多兴奋。如果你将一个分子粘在这个电磁场强度非常强的区域，就会产生大量的热量和大量高能电子。这导致了一个问题，即在这个非常独特的环境中你能做出什么样的化学反应?

人们已经证明你可以用阳光和这些纳米材料做催化作用。关于这种机制还不是很多。我们用超快速表面增强拉曼技术(SERs)做的是试图了解这些等离子体如何与分子相互作用，如何断裂和结合，并试图实时观察这些过程，以了解这背后的机制催化。

这种技术的一个主要限制是等离子体可能会损坏样品并干扰研究结果。这可以避免或减少吗?

关于与热有关的损害有很多问题。也就是说，这些等离子体材料加热样品或损坏样品多少钱?在某些情况下，这是非常有利的。对光热疗法有一整类等离子体研究。如果您可以将这些材料用于说癌细胞并加热它们，它们会损坏材料，这正是您想要的。

然而，在催化领域的情况下，加热和相关的损坏不是特别有益。这是加热分子的非常昂贵的方法。我们有更便宜，更有效的方法。

我们小组中一直在做的事情之一是试图了解等离子体如何以可能导致热相关损害的方式将能量转移到分子上。我们试图看看我们是否可以调整等离子体材料或周围环境，试图在这些非常快的时间尺度上控制它。

您的研究团队未来几年会是什么样子?

我们很高兴将我们一直在开发的一些拉曼技术应用于新发现的问题。例如，光催化和太阳能转换，以及设计材料或光学腔以促进某些反应。

我认为这种超分辨率拉曼技术有很多令人兴奋的应用，它可以提供现有技术无法提供的信息。例如，在人类健康，能量转换或电池研究中。我们很高兴能够合作并尝试很多这些不同的领域。

你对Pittcon 2019有什么看法?您会向您所在领域的其他人推荐会议吗?

Pittcon在分析化学研究的广度方面令人惊叹。我想说我的小组并不仅仅将自己定义为分析化学家。因此，能够在不同的分析化学领域获得不同的观点是非凡的。

会议的规模和并发会谈的数量令人惊讶。这是一个与光谱学，电化学，质谱和许多其他分析领域的人交谈和认识的好地方。

读者可以在哪里找到更多信息?

关于Frontiera研究小组。

Renee和她的科学家团队的所有论文。

关于Renee Frontiera

Renee Frontiera是明尼苏达大学化学系的副教授和McKnight Land-Grant教授。她获得了博士学位。2009年，他从加州大学伯克利分校毕业，并在西北大学获得博士后博士学位。自2013年以来，她一直在明尼苏达大学工作。

Frontiera的研究小组研究膜蛋白生物物理学，替代能源和纳米技术的基本和应用问题。

该小组旨在开发和应用新的光谱和显微技术，以检查分子如何在纳秒长度尺度上以飞秒时间分辨率进行动态反应。

赞助内容政策：

News-Medical.net发布可能来自我们现有商业关系的来源的文章和相关内容，前提是此类内容为News-Medical.Net的核心编辑精神增添价值，即教育和通知网站对医学研究，科学，医疗设备和治疗感兴趣的游客。