تحقیقات بیوفوتونیک

اپتیک نانو و طیف سنجی :

خواص نوری نانوذرات فلزی را می توان با تنظیم اندازه و شکل آنها بهینه کرد

طیف وسیعی از نانومواد بیولوژیکی به تازگی برای کاربردهای بیوتکنولوژی مانند تحویل دارو، مهندسی بافت، بیوسنزینگ و غیره توسعه یافته است. برای دستیابی به قابلیت نهایی برای چنین مواد، درک بهتر رابطه بین خواص شیمیایی / خواص فیزیکی و ساختار مولکولی آنها مهم هست .

میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) یک روش قدرتمند است که می تواند تصاویر توپوگرافی و خواص مکانیکی مواد با رزولوشن مکانی نانو را اندازه گیری کند. از سوی دیگر، طیف سنجی رامان می تواند اطلاعات دقیق در مورد فرمول مولکولی همراه با جهت گیری پیوندهای مولکولی را در یک نمونه ارائه دهد. هدف ما این است که این دو تکنیک قدرتمند را برای به دست آوردن اطلاعات همزمان توپوگرافی، مکانیکی و مولکولی با وضوح فضایی فراتر از حد پراکندگی نوری به کار ببریم.

تصویربرداری مولکولی از سلول های زنده توسط میکرو طیف سنجی رامان :

تصویر برداری از اسیدهای نوکلئیک (DNA، RNA) بدون علامت در سلول های بنیادی پیش سازهای عصبی.

مارکرهای طیفی رامان تصویربرداری در سلول های قلب زنده که از سلول های بنیادی جنینی انسان تولید شده اند.

طیف سنجی نوری توانایی پیشرفت های اساسی در درک ما از فرایندهای مولکولی و سلولی است. تمام رویدادهای بیولوژیکی فرایندهای پویا هستند که شامل تعاملات مولکولی وابسته به زمان بسیار پیچیده و پیچیده هستند. با این وجود، استخراج اطلاعات مکانی و زمانی در سطح سلول های زیر سلولی بدون ایجاد اختلال در سلول، هنگام تصویربرداری سلول های زنده فردی، یک چالش کلیدی باقی می ماند. بیشتر تکنیک های مولکولی که در حال حاضر در دسترس هستند، نیاز به برچسب گذاری، تثبیت و یا سایر روش هایی دارند که سلول ها را می کشند. بدین ترتیب، این تکنیک ها تنها زمانهای تک عکس را ارائه می دهند و نمیتوانند در رویدادهای مولکولی گسسته و پویا در سلولهای زنده ارائه دهند.

میکروسکوپ کانفوکال رامان (CRM) مبتنی بر تعامل نور با مولکول های ارتعاشی در سلول ها است و می تواند خواص فیزیکی و شیمیایی سلول ها را بدون نیاز به برچسب زدن یا کشتن سلول ها اندازه گیری کند. تصاویر مولکولی سلول های زنده در in vitro را می توان در حالی که سلول ها بافر های فیزیولوژیکی حفظ می شوند. CRM با استفاده از لیزر در مناطق قابل مشاهده و نزدیک مادون قرمز است، بنابراین رزولوشن فضایی بالا معمولا 400-700 نانومتر است.

یکی از زمینه های تحقیق، توسعه میکروسکوپ رامان برای مهندسی بافت و کاربردهای تجدید پذیر پزشکی است. طیف سنجی رامان می تواند برای اندازه گیری تغییرات بیوشیمیایی وابسته به زمان در سلول های بنیادی جنینی زنده استفاده شود و نشانگرهای طیفی خاصی را ایجاد می کند که می تواند برای شناسایی انواع سلول ها مورد استفاده قرار گیرد. شناسایی فنوتیپ های سلول های بنیادی در مراحل اولیه تمایز کمک می کند تا پروتکل ها را برای تسهیل تمایز سلولی با فنوتیپ بالغ کمک کند. مارکرهای طیفی نیز می توانند برای خالص سازی جمعیت سلولی توسط مرتب سازی سلول های فعال رامان استفاده شوند.

تشخیص سرطان و تصویربرداری با میکرو طیف سنجی رامان

تشخیص هدف از کارسینوم سلول های بستان (BCC) توسط میکروسکوپ رامان اسکن

در دسترس بودن تشخیص و تصویربرداری تومور در طول عمل جراحی بسیار جالب است زیرا آنها قادر خواهند بود تا لایه های متوالی لایه های بافت را برای اطمینان از حذف کامل سلول های تومور، و با کم کردن مقدار بافت سالم که ممکن است. این روش جراحی، به نام جراحی محافظت بافت، در درمان سرطان، مانند پوست یا پستان، به طور فزاینده ای مورد استفاده قرار گرفته است. با این حال، اطمینان از تخریب کامل تومور، یکی از چالش های اصلی در جراحی بافت محافظ باقی می ماند. عدم برداشتن تمام سلول های توموری خطر ابتلا به عود مجدد تومور و نیاز به جراحی ثانویه را افزایش می دهد.

تکنیک های مبتنی بر میکروسکوپ نوری برای تشخیص بافت ها بسیار جذاب هستند زیرا آنها اجازه می دهند که سلول های انفرادی و تومورها با وضوح فضایی در مقیاس میکرون مشاهده شود. به طور خاص، تصویربرداری بر پایه طیف سنجی مولکولی مزیتی دارد که حاوی اطلاعات مورفولوژی و شیمیایی بافت است. طیف سنجی رامان میکرو (RMS) می تواند تفاوت های مولکولی کوچک بین بافت سالم و تومورها را تشخیص دهد و برای تشخیص عینی بسیاری از انواع سرطان ها مورد استفاده قرار گرفته است. با این حال، یک محدودیت از طیف سنجی رامان طیف سنجی است که نمونه های بافت بزرگ با استخراج با اسکن راستر نیاز به زمان کسب طولانی است، و این نکته رویکرد برای استفاده در طول عمل جراحی.