采用LIBS成像技术研究纳米颗粒在单细胞内的亚细胞分布

 

激光诱导击穿光谱(LIBS)作为一种常用的元素检测方法，具有灵敏度高、分析速度快等优点，在材料、地质和生命科学等领域有着广泛的应用。然而，由于受衍射极限和透镜像差的限制，难以减小采样点，因此，长期以来LIBS很难在微观世界领域发挥分析作用。

为此，厦门大学杭纬教授课题组首次报道了一种基于纳米激光探针( Nano Laser Probe, NLP)的双束脉冲LIBS成像方法。具体实验装置如下图，首先通过带透镜的光纤引入第一束飞秒采样激光做解吸附，在获得纳米尺度的剥蚀弹坑的前提下，使用第二束纳米激光增强光谱发射。通过双束脉冲激光的发射增强，可获得直径小于500nm采样弹坑的光谱信号。

为了获得最强的光谱发射信号，该课题组对压力、脉冲间延迟时间和emICCD探测延迟时间进行了优化。并在优化过的实验条件下，可视化了自制Al网格样品、SIM芯片和单细胞内的纳米粒子的化学分布。

Al 网格和SIM芯片上数字的纳米级成像

其中， 单细胞成像是生命科学领域的一个重要研究方向。LIBS在组织成像中的应用已有报道，但由于灵敏度和分辨率的限制，其在单细胞成像中的应用仍处于空白阶段。

该课题组首次使用NLP双束脉冲LIBS成像技术直观检测纳米颗粒在单个细胞内的亚细胞分布。该课题选用小鼠单核巨噬细胞白血病细胞和InP纳米颗粒进行了研究。

单个细胞内InP纳米粒子的纳米LIBS成像

如上图单细胞纳米成像中B和D所示，细胞内可以检测到In信号，且In的分布与溶酶体( lysosomes ) 的位置基本一致。

基于这一结果，可以验证细胞-纳米颗粒相互作用的模型：纳米颗粒在水溶液中通过内吞作用进入细胞，并驻留在细胞内溶酶体中。

在上述NLP双束脉冲LIBS成像系统中，通过特励达普林斯顿仪器的SP 2300光谱仪采集光谱，并通过光谱仪上的emICCD对探测延迟时间进行精准调节。

PI-MAX4 系列

PI-MAX 4® EMICCD(ICCD)系列相机可以极大地提高成像和光谱的时间分辨率。PI-MAX 4® 系列具有优越的性能和灵活性。 通过PI-MAX 4的内置精确定时发生器，可以精确控制增强门控的宽度和延迟，此外，SyncMASTER功能能够控制相机与各种外部设备(如脉冲激光器等)同步。

<500 psec 快门

1 MHz 持续增强快门重复率

>10,000 spectra /second

极限的灵敏度

高的线性度 @ emICCD

审核编辑 黄宇