High Spatial resolution FTIR imaging of biomedical tissue samples using a novel method of magnification enhancement

Význam tématu

FTIR zobrazování s vysokým prostorovým rozlišením umožňuje současné získání chemické a prostorové informace na mikrometrové úrovni, což je zásadní při studiu biologických vzorků, jako jsou neuronální tkáně postižené Alzheimerovou chorobou. Zlepšení rozlišení nad rámec difrakčního limitu přináší detailnější pohled na drobné strukturální a chemické heterogenity, které by jinak zůstaly skryty.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo představit novou metodu zvětšení („high magnification“) využívající stávající objektivy FTIR mikroskopu Agilent, která dosahuje efektivního rozlišení 1,1 µm/pixel při zachování velké pracovní vzdálenosti (~21 mm). Výkonnost této metody byla porovnána s běžnou konfigurací Agilent a s multi-beam synchrotronovým zdrojem (IRENI).

Použitá metodika a instrumentace

Analýza byla prováděna na Agilent Cary 670 FTIR spektrometru ve spojení s Cary 620 mikroskopem vybaveným globar zdrojem středního IR.

• Standardní režim: objektiv 15×, NA 0,5, pixel 5,5 µm, jednovýplňový detektor 64×64.
• High magnification: objektiv 15×, NA 0,62, software-řízené 5× zvětšení, pixel 1,1 µm, detektor 128×128.
• Synchrotronové měření: ne-Agilent spektrometr a mikroskop s objektivem 74×, NA 0,65, pixel 0,54 µm, zdroj IRENI.

Vzorkem byla 7 µm kryosekce mozku 10měsíční 3×Tg myši s amyloidními plaky.

Hlavní výsledky a diskuse

Nová metoda dosáhla výrazně lepšího prostorového rozlišení (1,1 µm/pixel) než standardní režim (5,5 µm/pixel) a poskytla ekvivalentní nebo lepší kvalitu spektra ve srovnání se synchrotronovým zdrojem při zachování detailu především v oblasti pod 1800 cm⁻¹. Klíčové poznatky:

• Detailní zobrazení lipidových a proteinových struktur (např. plaků a kreatinových depozit) s menším rozostřením.
• Čistší spektra z menších oblastí díky redukci integrace různých chemických složek v rámci jedné pixele.
• Absence nízkovlnových artefaktů pozorovaných u IRENI v globar zdroji Agilent.
• Rychlejší akvizice: ~6 min na snímek 140×140 µm vs. 72 min u synchrotronu.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje:

• Zachovat velkou pracovní vzdálenost objektivu, není nutná jeho výměna mezi režimy rozlišení.
• Analyzovat nerovné či objemné vzorky bez omezení velikosti.
• Rychlejší průzkum velkých ploch s vysokým rozlišením, což je výhodné pro biomedicínský výzkum i QA/QC v průmyslové analytice.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další směry zahrnují integraci s automatizovanou analýzou obrazu, kombinaci FTIR s Ramanovou mikroskopií pro komplementární chemickou informaci, rozšíření do materiálové vědy a farmacie a využití umělé inteligence pro pokročilou kvantitativní analýzu heterogenních vzorků.

Závěr

Představená softwarově-řízení metoda vysoké zvětšovací úpravy na standardním FTIR mikroskopu Agilent výrazně zlepšuje prostorové a spektrální rozlišení při zachování jednoduché manipulace se vzorkem. Výsledky jsou srovnatelné nebo lepší než u synchrotronových zdrojů a umožňují rychlejší a univerzálnější biomedicínskou analýzu.

Reference

1. Nasse et al. Nature Methods, 8(5):413–418, 2011
2. Liao, Rak et al. NeuroImage, 138:399–397, 2012