新成像技术曝光组织分子结构

2011-3-23 16:33 来源: 中国科学院
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  据美国物理学家组织网3月20日报道,最近,威斯康星大学和伊利诺斯大学共同研制出一种新型同步加速成像设备,利用比太阳光要强100万倍的激光,以前所未有的高速和高分辨率直接拍摄到材料组织的分子结构。该研究发表在《自然·方法学》网站上。

  该设备名为“红外环境成像”(IRENI)仪,在美国国家科学基金会主要研究仪器项目的支持下,耗时3年建成,成为威斯康星—麦迪逊同步加速辐射中心的国家级设备。研究小组使用了多重同步加速光束而不是一束来照亮最先进的照相机,拍摄了从几分钟到几个小时的样本图像。将图像放大4倍后,生成的高分辨率样本图像即使在光学显微镜下检验也毫不模糊和褪色。

  借助同步加速器的强大功能,IRENI拥有了多功能光源的优势,高速电子流无间断地涵盖整个电磁波谱范围,能获得任何波长的最佳吸收光谱图像。比如在肉眼不可见的中红外光范围,研究小组使用12束同步加速光源,生成了数千个重要分子的吸收光谱图像,记录下它们的生化“指纹”。新“指纹”极大提高了图像的细节质量,像素化程度比传统的红外图要低100倍。

  IRENI技术在医学诊断方面具有很大潜力。威斯康星大学密尔沃基分校(UWM)研究小组领导、物理学家卡罗·赫斯玛格介绍说:“IRENI能显示组织样本的分子构成,看到功能组群中蛋白质、碳水化合物和脂质等物质的分布,同时获得结构和化学组成方面的详细情况。”他们在测试IRENI诊断癌症和其他疾病能力的实验中发现,IRENI能清晰地探测到乳腺和前列腺组织样本中上皮细胞的分布特征。基质膜将细胞分为上皮细胞和基质细胞两层,早期癌症集中在上皮细胞,一旦基质膜被破坏,恶性细胞就会从上皮细胞扩展到基质细胞,使癌症转移。

  论文合著者、伊利诺斯大学厄本那—香槟分校迈克尔·沃尔什说,IRENI为研究生物组织研究提供了新视野,让我们能监控新陈代谢和干细胞分化等多种细胞过程,也为开发下一代红外成像设备提供了经验。新技术还能广泛用于制药分析、艺术品保存、法医鉴定、生物燃料和先进材料如富勒烯等方面。