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使用金纳米粒子作为单一探针的相关光学电子显微镜
a) FWM 装置示意图。使用倒置显微镜将与金纳米粒子 (AuNP) 的光吸收峰共振的短光脉冲聚焦到样品上，并产生 FWM 场，该场以表观几何形式收集，并用异差干涉方案检测。AOM：声光调制器。(P)BS：（偏振）分束器。P：偏振器。MO：显微镜物镜。b) 单个 10nm 半径 AuNP 上的体积 FWM 显微镜示例，在 AuNP 中心的 y 位置沿 x 和 z 方向的线轮廓和相应的高斯拟合（红线）。图中显示了从拟合中获得的 3D 纳米级质心定位精度（δx0=1.1nm，δz0=4.3nm）和半峰全宽 (FWHM)。c) 人类癌症 (HeLa) 细胞中与表皮生长因子蛋白结合的 10nm 半径 AuNP 的 CLEM。 在 FWM 中，单个 AuNP 可在无背景条件下被检测到（左图），在细胞固定后直接在 300nm 厚的树脂切片上进行测量，准备进行 EM 分析。在透射 EM (TEM) 中也发现了相同的模式，以橙色圆圈突出显示。可以看到两个细胞，标有它们的细胞核（N）。细胞核被含有细胞器的细胞质包围。顶行显示了每个 AuNP 的 TEM 图像的裁剪图（0.2µm×0.2µm），并按编号显示。与 FWM 同时获取的共焦反射图像显示在 TEM 图像下方。灰度从 0 到 M（如图所示）（M=1 对应于检测到的 31mV rms）。来源：Iestyn Pope、Hugh Tanner、Francesco Masia、Lukas Payne、Kenton Paul Arkill、Judith Mantell、Wolfgang Langbein、Paola Borri 和 Paul Verkade
相关光电子显微镜 (CLEM) 是生物成像领域的一种强大工具，因为它结合了使用光学显微镜 (LM) 对大视野活细胞进行分子特异性成像的能力以及电子显微镜 (EM) 的高空间分辨率和超微结构信息。为了在 CLEM 中突出显示感兴趣的生物分子并高精度地确定它们的位置，研究人员必须确保使用在 LM（通常通过荧光）和 EM（使用电子致密材料）中都可见的探针标记它们。然而，现有的探针有许多缺点，包括在 LM（光漂白）下缺乏稳定性和缺乏完整性。 在发表的一篇新论文中光科学与应用由英国卡迪夫大学 Paola Borri 教授和英国布里斯托大学 Paul Verkade 教授领导的科学家团队开发了一种新的 CLEM 方法，该方法利用小金纳米粒子作为一种在光电子显微镜 (LM) 和电子显微镜 (EM) 中均可见的单一探针，具有高对比度和光稳定性，无需使用荧光探针。 对于 LM，他们利用了光学显微镜Borri 教授团队开发了一种新型显微镜。该显微镜可检测金纳米粒子的非线性光学响应，称为四波混频 (FWM)。通过这种方法，研究人员能够检测到单个小金纳米粒子作为人类癌细胞中表皮生长因子蛋白的单一探针，并以纳米级精度无背景定位光学显微镜，并以高精度关联映射到相应的透射电子显微镜图像上。 由于单个金纳米粒子具有无背景和光稳定的 FWM 响应，并且由于其电子致密的组成，在 EM 中清晰可见，FWM-CLEM 为高精度相关显微镜工作流程开辟了新途径，无需使用不稳定的荧光团或额外的基准标记，从而大大简化了样品制备协议。 科学家们总结了他们的 FWM 显微镜的工作原理：“FWM 的一般形式是三阶非线性光物质相互作用现象，其中三个光场在介质中相互作用以产生第四波。在这里，我们使用一种方案，其中所有光波都具有相同的中心频率，与金纳米粒子的光吸收峰共振。对于激发和检测，我们使用由同一激光源产生的持续时间约为 150fs 的短光脉冲组合，称为泵浦和探测。检测到的 FWM 可以理解为泵浦引起的金纳米粒子传输和散射光能力的变化，表现为金纳米粒子的探测在泵浦存在下粒子散射的光束。 “FWM 检测具有极高的光稳定性，并且高对比度。通过这种方法，我们能够检测散射和自发荧光细胞和组织中单个小（半径最小为 5nm）的金纳米粒子，完全不受背景干扰，成像速度和激发功率与活细胞成像兼容，灵敏度仅受光子散粒噪声限制。我们还发现 FWM 是金纳米粒子形状的灵敏报告器，有望在未来应用中通过形状识别进行多路复用。 研究人员总结道：“FWM-CLEM 为关联光学电子显微镜工作流程开辟了令人兴奋的新可能性，克服了我们方法中不需要的荧光探针和/或基准标记的现有限制。总的来说，我们认为 FWM-CLEM 将产生广泛的影响。例如，结合现有的标记策略甚至封装金子通过追踪病毒粒子内的纳米粒子，FWM 开辟了激动人心的前景，可以在长时间的观察时间内、无背景地深入活细胞和组织内部追踪单个病毒粒子，然后通过 CLEM 在细胞超微结构的背景下精确定位感兴趣的事件（例如基因组释放）。” 引用: 使用金纳米粒子作为单个探针的关联光电子显微镜 (2023 年 4 月 17 日) 于 2024 年 6 月 2 日检索自 https://webbedxp.com/zh-CN/science/jamaal/news/2023-04-electron-microscopy-gold-nanoparticles-probes.html 本文件受版权保护。除出于私人学习或研究目的的合理使用外，未经书面许可不得复制任何部分。内容仅供参考。 |
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