Raman holografi for biologi

Raman-spektroskopi er meget brugt i analytiske videnskaber til at identificere molekyler via deres strukturelle fingeraftryk. I den biologiske sammenhæng giver Raman-responset en værdifuld mærkefri specifik kontrast, der gør det muligt at skelne mellem forskellige celle- og vævsindhold. Desværre, spontan Raman-spredning er meget svag, over ti størrelsesordener svagere end fluorescens. Ikke overraskende, fluorescensmikroskopi er ofte det foretrukne valg til applikationer som levende cellebilleddannelse. Heldigvis Raman kan forbedres dramatisk på metaloverflader eller i metalliske nanogaps, og denne overfladeforstærkede Raman-spredning (SERS) kan endda overvinde fluorescensresponsen. Nanometriske SERS-prober er således lovende kandidater til biologiske sansningsapplikationer, bevare den iboende molekylære specificitet. Stadig, effektiviteten af ​​SERS-prober afhænger kritisk af partikelstørrelsen, stabilitet og lysstyrke, og, indtil nu, SERS-probe baseret billeddannelse anvendes sjældent.

Nu ICFO-forskere Matz Liebel og Nicolas Pazos-Perez, arbejder i grupper af ICREA professorer Niek van Hulst (ICFO) og Ramon Alvarez-Puebla (Univ. Rovira i Virgili) har præsenteret "holografisk Raman mikroskopi." Først, de syntetiserede plasmoniske superklynger fra små nanopartikelbyggesten, at generere meget stærke elektriske felter i en begrænset klyngestørrelse. Disse ekstremt lyse SERS nanosonder kræver meget lav belysningslyseksponering i det nær-infrarøde, dermed reducere potentiel fotobeskadigelse af levende celler til et minimum, og tillade wide-field Raman billeddannelse. Sekund, de udnyttede de lyse SERS-sonder til at realisere 3-D holografisk billeddannelse, ved hjælp af skemaet for inkohærent holografisk mikroskopi udviklet af Liebel og team i en undersøgelse i Videnskabens fremskridt . Bemærkelsesværdigt, den usammenhængende Raman-spredning er lavet for at "selv-interferere" for at opnå Raman-holografi for første gang.

Liebel og Pazos-Perez demonstrerede Fourier-transformation Raman-spektroskopi af wide-field Raman-billederne og var i stand til at lokalisere enkelt-SERS-partikler i 3-D volumener fra et enkelt skud. Forfatterne brugte derefter disse muligheder til at identificere og spore enkelte SERS-nanopartikler inde i levende celler i tre dimensioner.

Resultaterne, udgivet i Natur nanoteknologi repræsentere et vigtigt skridt hen imod multiplekset single-shot tredimensionel koncentrationskortlægning i mange forskellige scenarier, herunder afhøring af levende celler og væv og muligvis anti-forfalskning applikationer.