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博客文章

利用光子上转换技术解决生物荧光成像问题

作者  -
激光扫描显微镜

荧光生物成像是一种广泛应用于观察生物现象的技术。目前荧光成像大多使用荧光蛋白和量子点作为标记,激发光通常为可见光。然而,与波长较长的近红外(NIR)光相比,短波长光(如可见光)的能量高,会产生以下不良影响:

  • 更严重的光漂白
  • 对生物样品的光毒性更高
  • 较高的散射导致穿透深度有限

上转换成像是一种通过近红外(NIR)光激发,获取可见荧光信号的观测技术。近年来,该技术因提供了一种克服上述荧光成像问题的方法而一直备受关注。
 

什么是上转换?

上转换是指长波长光(如近红外光)激发并发射比激发光波长更短的光(可见光或紫外光)的现象。

上转换纳米颗粒(UCNP)成像可使用连续波(CW)二极管激光器进行激发,并通过近红外光进行多步激发,以发射短波长、高能量的可见光。

图1.光子上转换概念图

图1.光子上转换概念图
 

上转换成像的优势是什么?

使用UCNP进行的荧光成像可使用近红外波长激光(808 nm、980 nm等)进行激发,能够以较少的散射深入组织和生物体成像。此外,由于长波长光的能量较低,因此与使用能量较高的可见光进行激发相比,长波长光对生物体造成的损害较小。UCNP还具有高度稳定性,不易发生光漂白,因此非常适合细胞和活体成像。

此外,上转换的激发可以使用连续波二极管激光器来实现,而不需要使用高功率脉冲激光器。这样,研究人员就能在近红外生物光学窗口*内进行实验,只需使用共聚焦显微镜系统即可,而无需使用更复杂、更昂贵的多光子显微镜系统。

带有用于上转换的近红外激光导入装置的FV3000激光扫描共聚焦显微镜

图2.带有用于上转换的激光导入装置的FLUOVIEW系列共聚焦显微镜示例
 

可使用上转换的应用示例:

  • 笼锁化合物的解笼锁
  • 激活离子通道
  • 神经刺激
  • 发光共振能量转移(LRET)

斑马鱼幼体和纳米粒子在斑马鱼体内的分布情况

图3.受精后五天的斑马鱼幼体。

将U87胶质瘤细胞与5 ug/ml聚唾液酸包覆的UCNP共同培养12小时,然后注射到受精后5天的斑马鱼幼鱼体内,并确定纳米颗粒在斑马鱼体内的分布情况。
绿色通道:转基因斑马鱼内皮细胞表达的GFP
红色通道(UCNP):DSPE-PEG包覆的70 nm核壳NaYbF4:Tm@NaYF4纳米粒子,无其他标记
图像承蒙麦考瑞大学工程学院Yiqing Lu提供。

 

EVIDENT上转换解决方案

Evident提供能够进行上转换成像的共聚焦激光扫描显微镜系统。我们可为您的实验提供量身定制的解决方案,包括激光器的类型和数量。
如有问题或询价,请联系您当地的经销商

* 生物光学窗口:近红外波长范围(650 nm-1000 nm)的光线容易穿透生物体。
 

参考文献

▸Na Ren, Na Liang, Xin Yu, Aizhu Wang, Juan Xie, Chunhui Sun. Ligand-free upconversion nanoparticles for cell labeling and their effects on stem cell differentiation. Nanotechnology. 2020 Apr 3;31(14):145101.

▸Yanxiao Ao, Kanghua Zeng, Bin Yu, Yu Miao, Wesley Hung, Zhongzheng Yu, Yanhong Xue, Timothy Thatt Yang Tan, Tao Xu, Mei Zhen, Xiangliang Yang*, Yan Zhang, and Shangbang Gao. An Upconversion Nanoparticle Enables Near Infrared-Optogenetic Manipulation of the Caenorhabditis elegans Motor Circuit. ACS Nano 2019, 13, 3, 3373–3386.

▸Yong-Xiang Wu, Xiao-Bing Zhang, Dai-Liang Zhang, Cui-Cui Zhang, Jun-Bin Li, Yuan Wu, Zhi-Ling Song, Ru-Qin Yu, Weihong Tan. Quench-Shield Ratiometric Upconversion Luminescence Nanoplatform for Biosensing. Analytical Chemistry 2016, 88, 3, 1639–1646.
 

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全球市场部生命科学研究解决方案助理经理

Kaori Hirayama目前在Evident的生命科学市场部工作,负责定制产品市场营销。她在拥有10多年的共聚焦显微镜技术支持经验。她拥有日本北里大学医疗卫生学学士学位。

2023年11月21日
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