化学成像方法

p　　----突破系统限制，带来全新方法br//pp　　2018年10月11日，北京——安捷伦科技公司(纽约证交所：A)日前推出一种新的化学成像方法，可为制药、生物医学、食品和材料科学领域带来更高的清晰度和更快的分析速度。/pp style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201810/uepic/743ebe64-e3fb-4813-a740-517636724f16.jpg" title="1.jpg" alt="1.jpg"//pp style="text-align: center "strongAgilent 8700 激光直接红外化学成像系统/strong/pp　　Agilent 8700 激光直接红外 (LDIR) 化学成像系统是化学成像和光谱分析领域的一项突破。/pp style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201810/uepic/b0bfd7ce-7c8e-4cb1-ab08-71e92a96e228.jpg" title="2.jpg" alt="2.jpg"//pp style="text-align: center "strongAgilent 8700 激光直接红外化学成像系统, 简单易用的Clarity 软件及标配切样器/strong/pp　　安捷伦副总裁兼光谱事业部总经理 Phil Binns 谈道：“这一‘无人值守’的解决方案可使高分辨率化学成像更快速、更准确，有助于分析片剂、层压材料、生物组织、聚合物和纤维中的成分。根据这些信息，科学家可以在几分钟之内更详细地分析更多样品，以往这个过程需要几个小时。”/pp　　Binns 指出，新系统将对制药实验室产生重大影响，“科学家们可在更短时间内，在产品配方开发和故障排除方面做出更明智的决策”。/pp　　科学家利用 8700 LDIR，可获得有关活性药物成分、赋形剂、多晶型、盐类和缺陷的有用信息，使用户能够快速找出并解决药物开发过程中遇到的问题。简而言之，8700 有潜力帮助实验室加速药品上市并对配方更具信心。/pp　　8700 LDIR 将独特的量子级联激光器 (QCL) 技术与快速扫描光学元件和直观的 Agilent Clarity 软件相结合。重要的是，系统的成像无激光相干伪影，可提供大面积的高分辨率图像。/pp style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201810/uepic/77e0d826-b9cf-4805-8659-dc4505a1b1f2.jpg" title="3.jpg" alt="3.jpg"//pp style="text-align: center "strong系统操作极其简单 ，“上样即可测试”/strong/pp　　8700 LDIR 系统结构紧凑、无需液氮、可自动化操作，使各种水平的操作人员均可轻松获得高分辨率的化学成像。现在，用户大大缩短样品分析和数据审查花费的时间，从而提高分析效率。加载即可用的简单方法还可节省时间，是商业和学术环境下无人值守应用的理想选择。/p

新版AZtecLive简介AZtecLive真正的实时化学成像，新版更新后，元素面分布图及叠加图如影随形，移动更加流畅，元素配色自动鲜明，特征突出。以往我们使用SEM做显微分析时，通常的工作流程是先扫描电子图像——找到某位置停留——调节聚焦、亮度对比度等参数——采集能谱，进行点或面分析。若非理想位置，还需多次反复以上过程才可找到合适采集区做更多详细分析。在反复求索、重复工作中浪费过多时间及精力。自2017年牛津仪器推出AZtecLive实时化学成像系统后，很多从业人员已然改变了工作习惯，直接通过AZtecLive浏览样品，在同时获得的元素面分布图中寻找合适的采集区域，极大地提高了工作效率，尤其检测BSE下衬度也很接近的样品，仅通过电子图像难以找到合适的采集区域，而通过实时获得的元素分布图即可清晰辨别。如今2021年， AZtecLive新版焕然一新，推出 ColourHiQ——优化实时化学成像的新技术，可以自动快速分析并同时显示电子图像、元素面分布图及叠加图，为能谱分析提供全新解决方案。如图1所示。图1 AZtecLive检测3D打印粉末，真正实时显示谱图、元素面分布图，同时元素叠加图与电子图像如影随形，如需对任意位置感兴趣，稍加停留即可收集更多信号，立刻保存完成元素分析ColourHiQ技术主要包括：1. 数据处理优化算法2. AutoLayer智能叠加图3. 和峰修正数据处理优化算法主要通过数据通讯技术升级，实现数据并行处理，极大地缩短脉冲处理器及成像系统间的通信时间，有效提高帧速率，使元素X射线信号响应及发生尽量接近于二次电子图像或背散射图像，实现二者同步展现。图2 脉冲处理器-图像电子元件-处理引擎及软件算法更新优化单元AutoLayer技术经算法分析每个元素的分布位置，并自动赋予差异更大或近似的颜色并选择合适的元素叠加至电子图像上，获得颜色更加绚丽、特征更加突出的叠加图。具体来讲，系统会自动选择分布图中突出的元素赋予红色(Hue = 0)，之后其他元素与之相比，分布位置类似则自动赋予相同或相近的颜色，分布差异大者着以对比色，且噪音更低的元素分布图将优先选入叠加图中。经算法自动优化颜色选择后，叠加图更加直观易读，美轮美奂。图3 AutoLayer自动为元素选择合适颜色并叠加至电子图像，使叠加图颜色更加鲜明，特征突出和峰修正技术和峰是指当2个或2个以上信号同时到达晶体阳极时，如系统无法区分，则会在谱图中看到众多莫名其妙的谱峰或本不存在的元素标识，会对样品分析造成较大的误判。当计数率较高时，该问题尤为明显。而牛津仪器优化的和峰修正方法可以对静态样品进行和峰修正，同时在样品移动过程中，也可以对实时采集到的谱峰进行和峰修正。进一步优化的和峰修正方法，对样品移动过程中遇到复杂相区域时，也可以对其进行和峰修正，具体方法是首先对成分相同区域的谱图逐一进行修正，之后合并至完整区域谱图后，再进行自动识别元素，此时在实时化学成像中即可看到修正后的效果，元素识别更准确。图4 多相区域做普通和峰修正（左）；实时化学成像中进行动态及多相 混合的和峰修正，结果更准确（右）经过ColourHiQ算法优化，AZtecLive实时化学成像功能进一步加强，自动获得更加流畅的图像、元素分布图，更重要的是可以通过元素叠加图做样品扫描、倍数调整，在感兴趣位置略加停留累计更多信号，获得高质量元素分布图，即刻保存。从开机到完成样品分析，也许就是几分钟的事。如下展示更多案例，AZtecLive适合多种样品或应用需要，尤其对导电性不佳、束流敏感型样品更可快速获得足够多信号实现元素分析，减小样品损伤。图5 更多AZtecLive实时化学成像案例，地质样品（左），半导体器件样品（右）

近日，美国爱荷华州立大学的研究人员，用高空间分辨率基质辅助激光解吸电离（MALDI）- 质谱成像（MSI）来绘制和可视化了新受精的斑马鱼胚胎单细胞中磷脂类——磷脂酰胆碱（PC）、磷脂酰乙醇胺（PE）以及磷脂酰肌醇（PI）的三维空间分布。这是MALDI-MSI首次应用于单个细胞的三维化学成像。相关研究成果已经发表在Scientific Reports上。斑马鱼（Danio rerio）原产于东南亚，是一种小型热带观赏鱼。由于体外受精和光学透明，受精斑马鱼胚胎可在发育的所有阶段进行观察和操作。此外，斑马鱼很容易获得，价格低廉，健壮，易于护理，并且每周可以产下数百个卵。这些独特的遗传特点与实验胚胎优势相结合，使得斑马鱼成为研究早期发育的理想选择。斑马鱼已被广泛用作脊椎动物系统模型，用于研究脂质代谢、脂质在疾病中的作用以及胚胎发育中的脂质动力学。最近，Fraher等人使用LC-MS法进行脂质组学研究，结果显示胆固醇、磷脂酰胆碱（PC）和甘油三酯是斑马鱼胚胎中最丰富的脂质。他们证明，在调动到胚胎体之前，脂质在蛋黄内被加工。电喷雾电离质谱（DESI-MS）也被用于直接的MS分析和单个斑马鱼胚胎中脂质的成像、跨胚胎发育（受精后0,24,48,72和96小时）。研究人员对斑马鱼中的代谢组学和脂质组学研究非常感兴趣，因为这些化合物具有关键的生物学功能，例如作为能量储存源、参与细胞信号传导、并作为细胞膜的必要成分。探索如何调节代谢物和脂质是理解生物系统中发生的生物途径和发育过程的关键。传统分析方法研究小代谢物和脂质需要大量的样品制备、费力的提取、衍生化以及先期对目标化合物的了解。由于样品制备方案和仪器的发展，质谱成像（MSI）已成为这些研究中广泛使用的分析工具。MSI可实现生物分子空间分布的二维可视化，而无需提取、纯化、分离或标记分析物。此外，单个MSI实验可以同时检测许多不同类别的化合物，包括未知物，这使得其可以高分辨率和高通量方式直接对生物分子进行细胞或亚细胞作图。由于生物学在三维生物体中发生，3D成像对生命科学中的许多挑战产生了值得注意的影响并不奇怪。最近，使用质谱成像对完整生物分子进行成像已扩展到3D分析，以确定组织样本、琼脂平板和3D细胞培养物中的体积分子分布。使用质谱法最常见的3D成像方法包括收集样品的连续部分，使用传统的二维质谱成像分别分析每个部分，然后使用计算方法从多个二维集合堆叠和重建最终的3D成像MS数据集等步骤。美国爱荷华州立大学的研究小组（以下简称“研究小组”）开发了高空间分辨率的基质辅助激光解吸电离（MALDI）-MSI，分辨率低至5μm，并将其用于植物代谢物的细胞或亚细胞水平成像。在这里，研究小组利用这种高空间分辨率呈现了新受精的个体斑马鱼胚胎的3D MALDI-MSI。这是用MALDI获得的单个细胞的3D MSI的首次演示，揭示了各种脂质化合物的亚细胞水平定位。（a）受精斑马鱼胚胎在单细胞阶段的奇数编号光学图像。 （b）PE（22：6-16：0）在m / z 762.509和（c）PI（18：0-20：5）在m / z 883.535处的假彩色二维MALDI-MS图像。 通过覆盖所有2D图像，右侧显示投影图像。 所有物种均被检测为去质子化的[M-H] - 。在此分析中，研究小组通过获取62个连续横截面组织切片交替的正离子和负离子模式的MS成像数据，对单个斑马鱼受精卵进行3D MALDI-MSI。这可以对单个细胞中全面的脂质种类进行3D可视化。研究结果显示，所有三种磷脂类都存在于胚盘内的对称分布，以及蛋黄的边界，但每种都显示出不同的区域；PE显示在胚盘中心高度丰富的异质亚细胞区域，除了胚盘外，PC分子种类存在于蛋黄内部，而蛋黄中的PE和PI种类大多不存在。另外，还比较了四种不同的归一化方法以确定当将2D MSI与3D体积重建进行比较时，这些方法中的哪一种可以提供更具代表性的结果。此外，在不同细胞阶段（1-，2-，4-，8-和16-细胞阶段）获得胚胎的全扫描MSI和MS / MS，以研究斑马鱼成长早期阶段磷脂分布的变化。TOF-SIMS已报道被用于单个细胞的3D MSI，特别是结合深度剖析作为实现z方向信息的方式。然而，由于显著的碎裂，可以通过TOF-SIMS分析的高质量化合物主要限于外源性药物化合物。该研究小组所述的研究工作首次证明高分辨率MALDI-MSI可应用于单个细胞的三维化学成像，他们未来的研究将集中在揭示胚胎发育的细节，具有更高的空间分辨率和小代谢物的可视化，以及荧光显微镜的多模态成像等。在MALDI质谱成像方面，融智生物于2017年推出QuanTOF质谱成像系统，该系统集合了新一代宽谱定量飞行时间质谱平台QuanTOF，拥有5,000-10,000Hz长寿命半导体激光器，自主开发的数据采集软件。2018年7月，融智生物宣布实现可达500像素/秒的成像速率，提升MALDI-TOF MS成像速率达10倍以上，普通样本成像只需几十分钟，使得质谱成像实现了“立等可取”。 经过进一步的研发，目前QuanTOF质谱成像系统已经实现高达1000像素/秒的成像速率，5-10微米的高空间分辨率，且仍然保持了极高的灵敏度，使得质谱成像真正可使用于临床病理分析、术中分析等应用。