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曾宏波院士新成果!亞微米光學(xué)顯微紅外助力仿生工程蛋白涂層抗生物污染研究

時(shí)間:2023-9-4閱讀:1337

植入式醫(yī)療器械(IMD)已廣泛應(yīng)用于診斷、治療、器官修復(fù)等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。但是,科學(xué)家和醫(yī)療工作者發(fā)現(xiàn)植入式醫(yī)療設(shè)備在長期使用過程中,蛋白質(zhì)、酶和代謝物等物質(zhì)會(huì)不可逆地附著在其工作表面,逐步破壞IMD的電化學(xué)和生物學(xué)特性,導(dǎo)致植入設(shè)備的故障及患者的嚴(yán)重感染。目前,在植入式醫(yī)療器械設(shè)備表面構(gòu)建防污涂層被認(rèn)為是解決該問題直接且有效的方法。

      近期,曾宏波院士團(tuán)隊(duì)受 “藤蔓刺"結(jié)構(gòu)的啟發(fā),將BSA@PSBMA涂層涂覆在IMD表面,并通過超高分辨的非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統(tǒng)—mIRage對(duì)其表面生物污垢(例如生物流體中的蛋白、酶、代謝物等)的吸附情況進(jìn)行測量觀察,以驗(yàn)證BSA@PSBMA涂層的防生物污染效果。文章以《Bionic engineered protein coating boosting anti-biofouling in complex biological fluid》為題,發(fā)表在 Advanced Materials[1]。

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非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統(tǒng)—mIRage是基于光學(xué)光熱紅外光譜(O-PTIR)技術(shù),采用非接觸式測量模式,將可見光與紅外光耦合實(shí)現(xiàn)紅外光譜的采集,如圖1.b所示。作者利用500 nm超高空間分辨率mIRage系統(tǒng),根據(jù)其紅外特征峰精確定位污垢,對(duì)牛奶、脂質(zhì)、CHO細(xì)胞和牛血清中的污染情況進(jìn)行單波長顯微紅外化學(xué)成像,并進(jìn)行了橫向?qū)Ρ?。圖1.c表明,除了天然BSA涂層表面粘附較少脂質(zhì)外,所有底物表面都附著了大量的污垢,而所有生物流體中BSA@PSBMA-涂層表面的污垢幾乎為零。隨后,作者將生物污垢在裸露的基質(zhì)表面上的平均覆蓋率進(jìn)行了量化,如圖1.d所示。結(jié)果表明,BSA@PSBMA涂層表面的生物污垢顯著減少,有效驗(yàn)證了BSA@PSBMA具備優(yōu)異的防生物污垢性能。

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圖1. 大塊污垢實(shí)驗(yàn)過程中涂層的防污性能

      非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統(tǒng)—mIRage是由美國PSC公司研發(fā)的,采用特殊的光熱誘導(dǎo)共振(PTIR)技術(shù),突破了傳統(tǒng)紅外的光學(xué)衍射極限,其空間分辨率可達(dá)亞微米級(jí),可以幫助科研人員更全面地了解亞微米尺度下樣品表面微小區(qū)域的化學(xué)信息。

mIRage設(shè)備優(yōu)勢:

顯微紅外空間分辨率高達(dá)500 nm;

使用可見光作為光學(xué)感應(yīng)探測信號(hào),不接觸樣品,對(duì)樣品無任何交叉污染風(fēng)險(xiǎn);

非接觸式測量模式,避免了生物細(xì)胞樣品的損傷風(fēng)險(xiǎn);

對(duì)樣品制備無特殊要求,可測試粉末/薄膜/粘性/粗糙/纖維/軟物質(zhì)/液相樣品;

實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)紅外和拉曼光譜同時(shí)同位點(diǎn)相同分辨率的測量,提供可相互印證的光譜信息。

紅外和熒光功能聯(lián)用,實(shí)現(xiàn)熒光定位和紅外成分分析的互補(bǔ)表征。

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圖2. 光學(xué)光熱紅外光譜技術(shù)原理

      mIRage系統(tǒng)為生物學(xué)中復(fù)雜樣品中的蛋白質(zhì)和細(xì)胞組分進(jìn)行紅外光譜分析提供了新的測量方法,為顯微紅外在生物領(lǐng)域的應(yīng)用提供了更加便捷的表征途徑。

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圖3. mIRage、mIRage*-R、mIRage*-LS設(shè)備圖

為更好地服務(wù)中國科研工作者,Quantum Design 中國引進(jìn)了非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統(tǒng)—mIRage樣機(jī),將為大家提供為專業(yè)的售前、銷售、售后技術(shù)支持,歡迎各位老師參觀試用!

參考文獻(xiàn)

[1]. Ziqian Zhao, Mingfei Pan, Chenyu Qiao, Li Xiang, Xiong Liu, Wenshuai Yang, Xing-Zhen Chen, Hongbo Zeng. Bionic engineered protein coating boosting anti-biofouling in complex biological fluids, Advanced Materials(2022).

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